CN106661809B - 热泵式干衣机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种干衣机(1)，该干衣机包括热泵系统(20)，该热泵系统具有制冷剂(R)的制冷剂回路(30)并且包括与适用于接纳有待使用处理空气(A)干燥的衣物的衣物容器(9)相连通的处理空气回路(10)。制冷剂回路(30)包括：用于加热处理空气(A)和冷却制冷剂(R)的第一热交换器(21)，所述第一热交换器(21)包括用于排出所述衣物容器(9)的加热后的处理空气(A)的热交换器出口(28)；用于冷却处理空气(A)并且加热制冷剂(R)的第二热交换器(23)；安排在制冷剂回路(30)中、位于第一热交换器(21)与第二热交换器(23)之间的制冷剂膨胀装置(22)；以及安排在制冷剂回路(30)中、位于第二热交换器(23)与第一热交换器(21)之间的压缩机(24)。压缩机(24)包括压缩机室(260)和压缩机进口(24a)，其中，制冷剂(R)被吸入压缩机室(260)。压缩机室(260)的体积(Vd)与在热泵系统(20)的稳定状态条件下所述压缩机进口(24a)处的制冷剂密度(RDS)的积包含在40cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。

Description

热泵式干衣机
本发明涉及衣物干燥技术领域。
具体地，本发明涉及一种配备有热泵系统的干衣机。
背景技术
一种能够在衣物上执行干燥过程的衣物处理机，在下文中简化表示为干衣机，该干衣机通常包括用于容纳衣物容器的外壳，像滚筒，待处理的衣物容纳在该滚筒内。通过使热干燥空气或处理空气循环流过盛装湿衣物的衣物容器，闭合气流回路执行干燥操作。
在干衣机中，热泵技术是在干燥操作过程中节省能量的最高效的方式。在传统的热泵干燥机中，处理空气流在闭环中流动。处理空气流是由风机移动的，穿过衣物滚筒并且去除湿衣服上的水。处理空气流被冷却和除湿并且然后在热泵系统中被加热，并且最后被再次送入到衣物滚筒中。
热泵系统包括在由压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器组成的闭环制冷剂回路中流动的制冷剂。在该蒸发器冷却并且对离开滚筒的处理空气进行除湿时，冷凝器加热处理空气。制冷剂在制冷剂回路中流动、并在其中被压缩机压缩、在冷凝器中被凝结、在膨胀装置中被膨胀、并且然后在蒸发器中被汽化。处理气流和制冷剂的温度彼此紧密关联。
干衣机生产商的一个目的是限制干衣机的总体大小，尤其是热泵部件(压缩机、冷凝器、蒸发器等)的大小。特别注意压缩机的大小。在已知类型的热泵式干衣机中，热泵系统通常被限制在同一干衣机基座上的一个小区域内。压缩机和其他部件一起因此被安排在基座内基本相同的水平。
压缩机迫使并压缩制冷剂进入气密室中。热泵系统中通常使用的压缩机是密封或半密封的旋转式或涡旋式压缩机。因此，压缩机的一个相关特征是压缩机室的体积。因此，压缩机室的体积直接影响压缩机和干衣机的总体大小。
另外，特别注意干燥过程的优化，尤其是从能量效率和循环持续时间方面。干燥过程效率与热泵系统的工作条件严格相关，尤其是制冷剂回路中的制冷剂的温度和压力。
本发明的目的是提供一种热泵式干衣机，该热泵式干衣机提高了干燥过程的效率，尤其是在能量效率和循环持续时间方面。
本发明的另一个目的是提供热泵式干衣机，该热泵式干衣机限制热泵部件的尺寸。
发明披露内容
申请人已经发现，通过提供一种干衣机，该干衣机包括具有制冷剂的制冷剂回路的热泵系统、并且包括与适用于接纳有待被处理空气干燥的衣物的衣物容器相连通的处理空气回路，该制冷剂回路包括：用于加热处理空气和冷却制冷剂的第一热交换器、用于冷却处理空气并且加热制冷剂的第二热交换器；在该制冷剂回路中被安排在该第一热交换器与该第二热交换器之间的制冷剂膨胀装置；以及安排在制冷剂回路中、位于第二热交换器与第一热交换器之间的压缩机，所述压缩机包括压缩机室和压缩机进口，其中，制冷剂被吸入该压缩机室，并且当热泵系统在稳定状态条件下时，通过提供压缩机室的体积与压缩机进口处的制冷剂密度的积包含在40cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间，可以获得干衣机，该干衣机提高了干燥过程的效率并且限制热泵部件的大小。
因此，本发明的第一个方面涉及这样一类型的干衣机，该干衣机包括具有制冷剂的制冷剂回路的热泵系统、并且包括与适用于接纳有待被处理空气干燥的衣物的衣物容器相连通的处理空气回路，所述制冷剂回路包括：
用于加热所述处理空气和冷却所述制冷剂的第一热交换器，所述第一热交换器包括用于排出所述衣物容器的加热后的处理空气的热交换器出口；
用于冷却所述处理空气并加热所述制冷剂的第二热交换器；
安排在所述制冷剂回路中、位于所述第一热交换器与所述第二热交换器之间的制冷剂膨胀装置；以及
安排在所述制冷剂回路中、位于所述第二热交换器与所述第一热交换器之间的旋转式或涡旋式压缩机，所述压缩机包括压缩机室和压缩机进口，其中，所述制冷剂被吸入所述压缩机室，
其中，所述压缩机室的体积和在所述热泵系统的稳定状态条件下所述压缩机进口处的制冷剂密度的积包含在40cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
优选地，压缩机室体积与压缩机进口处的制冷剂密度的积优选地包含在60cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间，更优选地包含在100cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
在本发明的优选实施例中，压缩机室体积包含在4cm3与24cm3之间，优选地包含在5cm3与16cm3之间，更优选地包含在6cm3与14cm3之间。
优选地，在稳定状态条件下压缩机进口处的制冷剂密度包含在6kg/m3与40kg/m3之间，优选地包含在10kg/m3与25kg/m3之间。
根据本发明的一个方面，该稳定状态条件是从激活后的一个时间段之后该热泵系统达到的状态条件。
优选地，在稳定状态条件下，在所述第一热交换器处的制冷剂冷凝温度保持在目标温度上下7.5℃的范围内，更优选地在目标温度上下5℃的范围内，和/或在所述第二热交换器处的制冷剂蒸发温度保持在目标温度上下7.5℃的范围内，更优选地在目标温度上下5℃的范围内，和/或在所述第一热交换器出口处的处理空气温度保持在目标温度上下7.5℃的范围内，更优选地在目标温度上下5℃的范围内。
在本发明的一个优选实施例中，在所述第一热交换器出口处的处理空气温度的目标温度设置在50℃与70℃之间。
在本发明的另一个优选实施例中，在所述第二热交换器处的制冷剂蒸发温度的目标温度设置在15℃与25℃之间。
在本发明的另一个优选实施例中，在所述第一热交换器处的制冷剂冷凝温度的目标温度设置在50℃与70℃之间。
在本发明的一个优选实施例中，该处理空气回路是闭环处理空气回路。
优选地，本发明的压缩机以可变转速被驱动。
在本发明的一个优选实施例中，一旦压缩机的转速变化就获得和/或保持所述稳定状态条件。
优选地，该压缩机是旋转式压缩机，更优选地是滚动活塞式压缩机。
优选地，制冷剂回路中使用的制冷剂为氢氟烯烃(HFOs)或碳氢化合物(HC)。更优选地，制冷剂为R290或R441a。
根据本发明的一个优选实施例，该热泵系统另外包括该压缩机的冷却风机单元。优选地，该冷却风机单元在所述稳定状态条件下被激活。
在本发明的一个优选实施例中，一旦激活所述冷却风机单元就获得和/或保持所述稳定状态条件。
在本发明的另一个优选实施例中，该压缩机被设计成确保与周围空气有足够的热交换使得保持所述稳定状态条件。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一和/或所述第二热交换器另外包括热交换器模块，所述模块包括：
-将该制冷剂流引导进该模块的进口联管箱；
-将该制冷剂从该模块排出的出口联管箱；以及
-多个热交换层，这些热交换层将该进口联管箱流体地连接到该出口联管箱以使制冷剂能够从该进口联管箱流动至该出口联管箱和/或反之亦然；这些层在预定的堆叠方向上彼此上下地堆叠，并且每个层包括多个通道。
优选地，这些热交换层基本上彼此平行。
更优选地，该多个通道基本上彼此平行。
在本发明的一个优选实施例中，热交换层包括单管。
所述通道的水力直径小于或等于5mm、优选地小于或等于3mm、更优选地小于或等于1mm。
附图简要说明
通过阅读以下对示例性的且非限制性的实施例的详细描述，参照以下附图，将使本发明的这些和其他特征与优点更清楚，在这些附图中：
-图1示出了根据本发明优选实施例的具有热泵系统的干衣机的透视图；
-图2展示了图1的干衣机的示意图；
-图3和图4示出了滚动活塞式压缩机的横截面视图；
-图5示出了在根据本发明优选实施例的干衣机的热泵系统中可用的压缩机的横截面视图；
-图6展示了根据本发明的优选实施例的具有热泵系统的干衣机中在蒸发器进口处的制冷剂温度和在冷凝器出口处的制冷剂温度随时间变化的示意图；
-图7展示了根据本发明的优选实施例的具有热泵系统的干衣机中在冷凝器出口处的处理空气温度随时间变化的示意图；
-图8是图1中移除了外壳的干衣机的实施例的一部分的透视图；
-图9a和图9b分别是图1或图2的干衣机的热交换器模块的实施例的示意性正视图和俯视图；
-图10a和图10b分别是图1或图2的干衣机的另一附加实施例热交换器模块的示意性正视图和俯视图；
图11是图8的细节元件的横截面视图；
图12是图8的元件的一部分的透视图。
发明详细说明
图1示出了根据本发明的实施例的干衣机1；需要指出的是，本发明已经被证明当被应用到具有可旋转衣物容器的前装式干衣机时是特别成功的。然而，清楚的是，本发明还可以应用到顶装式干衣机上。
图1和图2展示了根据本发明的优选实施例的具有热泵系统20的干衣机1。
干衣机1优选地包括(尽管不一定)基本上为平行六面体形的外部盒状外壳2，该外壳被优选地结构化成搁置在地板上。更详细地，外壳2一般包括基座44，在图8中可视，干衣机1的多个部件被安排在该基座处。干衣机1限定了水平平面(X”，Y”)和与该平面(X”，Y”)垂直的竖直方向Z”，该水平平面基本上是干衣机1所在的地面的平面。
包括可旋转滚筒9的衣物容器设置在外壳2内。枢转地联接到前直立侧壁2a上的前门8被设置用来允许进入滚筒内部区域以放置有待在其中干燥的衣物。
滚筒9有利地由滚筒马达27(优选地为电动马达)转动，该马达优选地将旋转运动传递给滚筒9的轴，有利地通过皮带/滑轮系统。在本发明的不同实施例中，滚筒马达可以直接地与滚筒9的轴相关联。
干衣机1设置有图2中展示的处理空气回路10，该处理空气回路被结构化为在滚筒9内部循环干燥空气A、或处理空气(如图2中虚线示意性展示的)。
处理空气A穿过滚筒进口9a并且循环通过在滚筒9内的衣物以干燥衣物。
处理空气回路10还被结构化为从滚筒9中抽取湿空气、并且冷却离开滚筒9的湿空气，以抽出并保持过剩的水分。除湿的空气然后被加热到预定的温度，该温度优选地高于从滚筒9到达的湿空气的温度。最后，被加热和除湿过的空气被再次输送到滚筒9内，在这里空气从储存于可旋转滚筒9内的衣物上和之间流过以快速干燥衣物(如上所述)。
因此，处理空气回路10形成处理空气A的闭环。具有形成闭环的处理空气A的干衣机1属于已知为压缩干衣机的干衣机。
空气输送装置12优选地沿处理空气回路10安排以产生处理空气A的体积流量。
空气输送装置12优选地包括风机。在本发明的一个优选实施例中，风机12包括电动马达45。
在另外的优选实施例中，风机12和滚筒9可以优选地由同一个电动马达驱动。这样可以有利地减少干衣机的成本和/或尺寸。相反，如上所述的两个电动马达27、45可以有利地被独立驱动和控制，这样使得风机12和滚筒9可以被独立地控制。
空气输送装置12优选地安排在滚筒9的上游。在不同的实施例中，然而，空气输送装置12可以安排在沿着处理空气回路10的任何地方。
优选地并且更加具体地，处理空气回路10包括安排在滚筒9下游的除湿单元23和安排在除湿单元23下游、滚筒9上游的加热器单元21。
应该强调的是，在本申请中，术语“上游”和“下游”是指在干衣机标准运转时，空气、加热后的空气和/或湿空气流动的方向；比如说，风机安排在滚筒的上游意思是在干衣机标准运转时，空气首先流过风机、并且然后流入滚筒；说除湿单元安排在滚筒的下游意思是在干衣机标准运转时，空气首先在滚筒内循环，并且然后流过该除湿单元。
在除湿单元23中，离开滚筒9的湿空气被冷凝和冷却，并且滚筒中产生的水优选地收集在安排在除湿单元23下方的可移除水容器14(在图1中可见)中。
在此处所描述的优选实施例中，除湿单元23是热泵系统20的蒸发器，而加热单元21是所述热泵系统20的冷凝器。
因此，蒸发器23冷却、并且对来自滚筒9的湿处理空气A除湿，并且冷凝器21然后加热来自蒸发器23的除湿后的处理空气。加热后的处理空气A然后再次输送进滚筒9中，从而形成所述闭环处理空气A。
在另外的实施例中，该处理空气回路可能没有形成闭环。在这种情况下，例如，处理空气可以被从外界输送至冷凝器、然后输送进该滚筒、从滚筒输送进蒸发器、并且最后排出到外界(如在被称为通风式干衣机的干衣机中发生的)。
因此，具有其蒸发器23和冷凝器21的热泵系统20与处理空气回路10相互作用。事实上，处理空气回路10和热泵系统20通过冷凝器21和蒸发器23热联接。
具体地，热泵系统20包括形成制冷剂R在其中流动的闭环回路的制冷剂回路30。
制冷剂回路30包括压缩机24、第一热交换器21(即，此处描述的优选实施例中的冷凝器21)、膨胀装置22和第二热交换器23(即，此处描述的优选实施例中的蒸发器23)。压缩机24、冷凝器21、膨胀装置22和蒸发器23串联连接以形成所述闭环制冷剂回路30。
在下文中，这些热交换器被分别被命名为冷凝器和蒸发器，或者第一热交换器和第二热交换器。
制冷剂R流入制冷剂回路30：来自蒸发器出口23b的制冷剂R被输送到压缩机进口24a，进入压缩机24中，在该压缩机出被压缩，然后通过压缩机出口24b朝向冷凝器进口21a被排出；制冷剂R然后通过冷凝器出口21b朝向膨胀装置22被排出，并且从膨胀装置22，通过蒸发器进口23a再次输送到蒸发器23。
具体地，制冷剂R在冷凝器21处凝结并且在蒸发器23处蒸发。
通常，第一热交换器21限定处理空气回路10与制冷剂回路30之间的热联接，其中，处理空气A的温度升高(加热)并且制冷剂R的温度下降(冷却)。在第一热交换器出口28处或者冷凝器出口28处的加热后的处理空气A然后输送到滚筒进口9a并且因此进入滚筒9。在冷凝器出口28处的处理空气A的温度基本上等于在滚筒进口9a处的处理空气A的温度。
类似地，第二热交换器23限定处理空气回路10与制冷剂回路30之间的另一热联接，其中，处理空气A的温度下降(冷却)而制冷剂R的温度升高(加热)。
压缩机控制单元26也优选地被设置用于控制压缩机24。具体地，压缩机控制单元26被设置用于控制压缩机24的转速Cs。用于控制压缩机24的转速Cs的压缩机控制单元26可以是中央处理单元的一部分(未展示)。
压缩机24可以以固定转速旋转，或者在不同的实施例中，以可变的转速被驱动。
应当注意，压缩机24的转速Cs是指作为压缩机24一部分的驱动马达的转速。
在本发明的优选的实施例中，压缩机24包括电动马达，并且压缩机控制单元26包括当要求可变转速时有利地使用的逆变器。
已知的压缩机电动马达包括由以线圈方式安排的导线形成的绕组，通常裹绕在包括于电动马达内的定子的一部分上。在本发明的一个优选实施例中，这些导线是由铝制成的。
冷却风机单元70或者鼓风机单元优选地被安排靠近压缩机24从而在干燥操作中将热量从压缩机24(即，从热泵系统20)中去除。冷却空气流(在本实施例中是环境空气流)被冷却风机单元70主动地驱动、并且从压缩机24(的表面)带走热量。风机单元70包括由干衣机1的中央处理单元控制的风机马达驱动的鼓风机或风机。
尽管如此，在另外的优选实施例中，可以没有冷却风机单元。
接口单元15优选地被安排在外壳2的顶部。接口单元15优选地可以被使用者访问以选择干燥循环、并且插入其他参数，例如负载的织物类型、干燥程度等。接口单元15优选地显示了机器的工作情况，如剩余的循环时间、警告信号等。出于这个目的，接口单元15优选地包括显示器13。
在另外的实施例中，接口单元可以以不同的方式实现，例如在远程控制系统中被远程地安排。
另外，干衣机1可以包括多种传感器元件(未在图中示出)。例如，这些传感器元件可以被设置用于检测温度(热电偶)、处理空气A的相对湿度和/或干衣机1合适位置的电阻抗、制冷剂的压力和/或温度等。
上述中央处理单元有利地连接到干衣机1的各个部分、外围单元或传感器元件以确保其运行。
根据本发明的热泵系统20中使用的压缩机24优选地包括旋转式压缩机或涡旋式压缩机。
制冷剂R被输送进压缩室、并且在其中由压缩机的机构运动压缩。
因此，压缩机的重要特征是所述压缩机室的体积Vd。压缩机室的体积Vd被以立方厘米(cc)表示。
所述热泵系统20中优选使用的旋转式压缩机是滚动活塞式或定叶旋转式压缩机。如图3和图4中示意性所示，滚动活塞式旋转压缩机包括气缸246和安装在具有偏心250a的轴250上的辊子247或辊子活塞。轴250围绕气缸246的中心旋转，并且辊子247在气缸246的内表面滚转，由此围绕偏心250a旋转。压缩室260被限定在辊子活塞247和气缸246之间。制冷剂R通过进口端口261被输送到压缩机室260、并且然后经压缩后通过排放端口262被排出。
根据本发明的优选实施例的滚动活塞式压缩机将会稍后参考图5进行更好地描述。
所述热泵系统20中优选使用的另一个压缩机是涡旋式压缩机。涡旋式压缩机使用两个交错涡卷来压缩制冷剂R。通常，这些涡卷中的一个涡卷是固定的，而其他轨道偏心地非旋转环绕运行，由此将一些制冷剂截留和压缩在这些涡卷之间。产生压缩运动的另一个方法是同向旋转这些涡卷(同步运动)但是偏离转动中心。
图5展示了可以在根据本发明的热泵系统20中使用的压缩机24的优选实施例。
压缩机24是旋转式压缩机，更加具体的是滚动活塞式压缩机。
压缩机24包括密封容器241、在密封容器241的上部中的马达部242以及由马达部242驱动的压缩机构244。用于润滑压缩机构244的润滑油L被接收在密封容器241的下部。
马达部242包括定子242a和被定子242a旋转的转子242b，定子被压力装配在密封容器241的上部、并且在其外周上具有多个制冷剂通路243。转子242b设置有与其一体的转轴250。转轴250从转子242b向下延伸、并且被压缩机构244的主轴承245和副轴承248可旋转地支撑。副轴承248设置有用于将压缩在压缩机构244中的制冷剂气体排入密封容器241的阀动装置253。
压缩机构244包括气缸246和包含在气缸246中的活塞辊子247。气缸246与活塞辊子247之间的体积限定压缩室260。活塞辊子247安装在转轴250的曲轴部250a上、并且依照转轴250的旋转而偏心旋转。压缩机构244被不可移动地支撑在密封容器241内，气缸246焊接到密封容器241的内周边上。
密封容器241包括其一端密封的圆筒形容器251和焊接到圆筒形容器251上、其全部周长罩盖该容器的基本上球形的上盖252。玻璃端254附接到上盖252中心附近，并且排放管24b(或压缩机出口)附接到上盖252的球形面上。
对于上述结构，当压缩机运行时，通过转子242b引起的转轴250的旋转，活塞辊子247在气缸246内偏心地转动，并且来自压缩机进口24a的制冷剂气体R在压缩机构244的压缩室260中被压缩、并且经由阀动装置253排入密封容器241中。此时，润滑油L泄露进压缩机构244，因此，润滑油L的液滴与压缩的制冷剂R一起排放。润滑油L的这些液滴经由围绕定子242a的外周设置的若干制冷剂通路243流入马达部242的上部空间、并且当这些液滴与上盖252的内表面碰撞并且吸附在其上时与制冷剂气体R分离。分离的润滑油L被制冷剂气体R沿着上盖252的内表面的流动向上搬运。在此，由于内盖252的内表面被形成为基本上球形，所以分离的润滑油L逐渐被收集到中心。所收集的润滑油L与围绕上盖252的中心设置的玻璃端254碰撞、并且由于其重量落入密封容器241的下部。沿上盖252的内表面流动的润滑油L的一部分通过压缩机出口24b(排放管)被排放到压缩机24外。
应注意的是，从压缩机构244排放的、经由制冷剂通路243流入马达部242的上部空间的压缩制冷剂R还冷却压缩机的马达部242，特别是定子242a。
具有热泵系统20的干衣机1的操作包括两个阶段，即暖机阶段和稳定状态阶段。该暖机阶段为压缩机24被开启后的初阶段，其中从制冷剂R的温度和压力和/或处理空气A的温度的角度来看，需要一定时间来达到全工作条件。
参照图6和图7更好地解释了两个阶段。图6示出了随时间变化的在冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC以及在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV，同时图7示出了随时间变化的在冷凝器出口28处的处理空气温度TA。处理空气温度TA基本上对应于在滚筒进口9a处的处理空气温度TA。
当热泵系统启动(在附图中时间t0＝0)时，制冷剂R和处理空气A的温度为环境温度。在暖机阶段(在图中从时间t0到时间t1)，制冷剂R和处理空气A的温度升高至相应的工作水平(在时间t1)。在连续的稳定状态阶段(即附图中时间t>t1)或者稳定状态条件下，制冷剂R和处理空气A的温度在所述相应工作水平保持安静常数。
另外，在稳定状态条件下，热泵系统20的部件(即冷凝器21、蒸发器23、压缩机24等)的温度保持稳定或基本上稳定。
在一个优选实施例中，具体地在以上描述和图2所示的热泵系统20中，通过激活从压缩机24吸热的冷却风机单元70和/或控制/改变压缩机24的转速，优选地获得和/或保持稳定状态条件。
因此，有利地，压缩机24的温度保持稳定或基本上稳定，通过连续地或间断性地激活从压缩机24提取热量的冷却风机单元70和/或增加/降低压缩机24的转速，从而控制/限制其温度。
稳定状态条件优选地启动(时间t1)是在基本上当冷却风机单元70被激活时或者在其被激活之后和/或当压缩机24的转速被改变时或者在其被改变之后。因此，优选地，在激活冷却风机单元70和/或改变压缩机24的转速时，获得和/或保持稳定状态条件。
在另外的优选实施例中，然而，在暖机阶段中，制冷剂R和处理空气A的温度升高至相应的工作水平并且在连续稳定状态条件下，即当制冷剂R和处理空气A的温度在所述相应工作水平保持安静常数，热泵系统20的部件(即冷凝器21、蒸发器23、压缩机24等)的温度保持稳定或者基本上稳定，而无需任何另外的上述类型的动作(即激活冷却风机单元和/或控制压缩机的转速)。在这种情况下，热泵系统可能不包括冷却风机单元和/或压缩机可以按照固定转速转动。在这个优选实施例中，压缩机24优选地被设计成用于确保从压缩机24抽取足够热量(热交换)至周围空气，尤其是在压缩机容器/外壳与周围空气之间的足够的热交换。压缩机最终被设计成用于确保周围空气有足够的热交换以保持所述稳定状态条件。
例如，参照图6，在暖机阶段(t0÷t1)，冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC从环境温度(约25℃)升高至工作水平，或者目标温度(约50℃)。在稳定状态阶段(时间t>t1)中，冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC保持在所述目标温度(约50℃)下的安静常数。优选地，在冷凝器出口21b处的所述制冷剂温度TRC保持在所述目标温度上下7.5℃的范围内(例如在包含在42.5℃与57.5℃之间的范围内)，更优选地在所述目标温度上下5℃的范围内(例如在包含在45℃与55℃之间的范围内)。
优选地，在稳定状态阶段(时间t>t1)中在冷凝器出口21b处的制冷剂R的目标温度设置在50℃与70℃之间。
在暖机阶段(t0÷t1)，在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV的过程与在冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC不同。在时间t0＝0时，当压缩机24开启时，在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRC从环境温度(约25℃)大幅度地降低至低值(约-10℃)。
在暖机阶段(t0÷t1)，蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV从低值(约-10℃)升高至工作水平，或者目标温度(约22℃)。
在稳定状态阶段(时间t>t1)中，蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV保持在所述目标温度(约22℃)下的安静常数。优选地，在蒸发器进口23a处的所述制冷剂温度TRV保持在所述目标温度上下7.5℃的范围内(例如在包含在14.5℃与29.5℃之间的范围内)，更优选地在所述目标温度上下5℃的范围内(例如在包含在17℃与27℃之间的范围内)。
优选地，在稳定状态阶段(时间t>t1)中，在蒸发器进口23处的制冷剂R的目标温度设置在15℃与25℃之间。
类似地，在暖机阶段(t0÷t1)中，冷凝器出口28处的处理空气温度TA从环境温度(约25℃)升高至工作水平，或者目标温度(约57℃)。在稳定状态阶段(时间t>t1)中，冷凝器出口28处的处理空气温度TA保持在所述目标温度(约57℃)下的安静常数。优选地，在冷凝器出口28处的所述处理空气温度TA保持在所述目标温度上下7.5℃的范围内(例如在包含在49.5℃与64.5℃之间的范围内)，更优选地在所述目标温度上下5℃的范围内(例如在包含在52℃与62℃之间的范围内)。
优选地，在稳定状态阶段(时间t>t1)中，在冷凝器出口28处的制冷剂A的目标温度设置在50℃与70℃之间。
在稳定状态阶段(时间t>t1)，如上所述，冷却风机单元70也优选地被激活。
必须注意的是在附图中，我们提及在冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC和在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV。然而，优选地，我们可以提及在冷凝器21处的制冷剂冷凝温度TC以及在蒸发器23处的制冷剂蒸发温度TV。在冷凝器21处的制冷剂冷凝温度TC与在蒸发器23处的制冷剂蒸发温度TV的值基本上分别对应于在冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC和在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV。
从以上可以看出，稳定状态条件可以定义为热泵系统20从其被激活(在时间t＝t0)的一个时间段(t1-t0)之后所达到的状态条件。
在所述状态条件下，在冷凝器出口21b处的制冷剂温度TRC(或在冷凝器21处的制冷剂冷凝温度TC)和/或在蒸发器进口23a处的制冷剂温度TRV(或在蒸发器23处的制冷剂蒸发温度TV)和/或在冷凝器出口28处的处理空气温度TA优选地保持在所述目标温度上下7.5℃的范围内，更优选地在所述目标温度上下5℃的范围内。
另外，在稳定状态阶段中，即当热力学条件为随着时间推移基本上稳定时，压缩机进口24a处的制冷剂R的密度RD也达到了基本上稳定值RDS。通过使用在热泵系统20的优选点检测到的一个或多个参数，可以计算或估计这样的制冷剂密度值RDS。例如，通过使用在压缩机进口24a处检测的制冷剂温度，例如通过热电偶、和/或在压缩机进口24a处和/或在蒸发器进口23a处检测的制冷剂压力，可以计算制冷剂密度RDS。
制冷剂密度RDS与所检测到的值之间的关联可以优选地作为函数或者作为表格存储在中央处理单元的存储器中。
申请人已经发现热泵系统，其中在所述稳定状态条件下，压缩机室260的体积Vd与压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS的积优选地包含在40cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间，提高了干燥过程的效率，尤其是在能量效率和循环持续时间的方面，并且限制热泵部件的大小。
压缩机室体积Vd的值以cm3表示，而制冷剂密度RDS以kg/m3表示。
优选地，在所述稳定状态条件下，压缩机室体积Vd与压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS的积包含在60cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
更优选地，在所述稳定状态条件下，压缩机室体积Vd与压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS的积包含在100cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
在优选实施例中，压缩机室体积Vd被包含在4cm3与24cm3之间。
优选地，压缩机室体积Vd被包含在5cm3与16cm3之间。
更优选地，压缩机室体积Vd包含在6cm3与14cm3之间。
在优选实施例中，然后选择制冷剂R使得在所述稳定状态条件下压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS包含在6kg/m3与40kg/m3之间。
优选地，选择制冷剂R使得在所述稳定状态条件下压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS包含在10kg/m3与25kg/m3之间。
有利地，其中在稳定状态条件下，压缩机室体积Vd与压缩机进口24a处的制冷剂密度RDS的积包含在所述范围内，压缩机24与制冷剂R确保了压缩机室体积Vd与制冷剂热物理特性之间的最佳匹配。
如果遵循，还保证了压缩机大小与热泵系统20的能量效率之间的最佳匹配。
具体地，根据本发明的压缩机室体积Vd与制冷剂密度RDS确定制冷剂回路30中的制冷剂R的质量流速，该流速保持在最佳范围内，即在高阈值与低阈值之间。换言之，由于关于最大处理空气流速的限制和基座中用于放置部件(具体是热交换器)的体积的限制，制冷剂R的质量流速没有超过高阈值，从而避免危害系统效率。而且，制冷剂R的质量流速没有低于低阈值，从而避免在热交换器处的热传递能力受到负面影响。降低的热传递能力将会使干燥过程持续时间比所期望的更长。
优选地，根据本发明的热泵系统20的制冷剂回路30中使用的制冷剂R可以为氢氟烯烃(HFOs)或碳氢化合物(HC)，如R290或R441a。
图8示出了根据本发明的优选实施例的热泵系统20的细节。热泵系统20经由管道65连接第一热交换器23(冷凝器)、膨胀装置22(如阻气门)、阀门或毛细管(不可见)、第二热交换器23(蒸发器)以及压缩机24。优选地，热泵系统20的所述部件被限制在基座44的小区域内。这些部件安排在相对地面平面(X”，Y”)基本相同的层面。
优选地，与蒸发器23对应，本发明的干衣机1优选地包括可移除的水容器14(只在图1中示出)，该容器在干衣机1运行时收集通过冷凝来自滚筒9的干燥空气A中的过剩水分而在蒸发器23中产生的冷凝水。水容器14位于蒸发器23的底部。优选地，通过连接管道和泵(未在图中示出)，所收集的冷凝水被送入位于与干衣机1的最高部对应的储器中，以方便使用者手动排放这些水。
以下将对第一和/或第二热交换器21、23进行描述。
第一和/或第二热交换器21、23包括一个或多个沿处理空气A通路定位的热交换器模块40。
参考图8，描绘了干衣机1的基座44，该干衣机的基座示出了包括在根据本发明的热泵系统20的蒸发器23和冷凝器21中的多个模块40。在图8中，干衣机1的外壳2和滚筒9已经被移除以示出沿处理空气A通路定位的热交换器21、23。如上所述，虽然在附图中，干衣机1的蒸发器23和冷凝器21都包括根据本发明实现的热交换器模块40，但应该理解的是仅蒸发器23或仅冷凝器21可以包括这样的模块40。此外，单个模块40可以被包括在蒸发器23或冷凝器21中。而且，在蒸发器和冷凝器包括超过一个根据本发明的模块40时，该蒸发器可以包括与该冷凝器数量不同的模块(根据附图8，其中，蒸发器23包括两个模块40，并且冷凝器包括四个模块40)。
优选地，冷凝器21包括的模块数量多于蒸发器23的。在本发明的干衣机1包括超过一个模块40的情况下，这些模块可以完全相同或不同。
优选地，模块40被定位与干衣机1的基座44对应。
单个模块40的结构将会参考图9a-9b和图10a-10b所描绘的两个不同实施例进行描述。
热交换器模块40包括进口联管箱55和出口联管箱56。进口和出口联管箱55、56优选地具有管道结构，并且更加优选地具有圆形横截面。这些联管箱具有沿轴线的纵向延伸，这与联管箱内制冷剂R的主要流向相对应。制冷剂R经由进口联管箱55流入模块40、并且经由出口联管箱56离开模块。多个通道(每个由57表示)将进口55联管箱流体地连接到出口联管箱56，并且反之亦然，这样使得制冷剂R可以进入和离开模块40。由于其构型，这些通道57允许制冷剂R与处理空气A之间良好的热交换。
通道57限定纵向方向X，该通道沿该方向延伸。优选地，这些通道57安装在模块40中，这样使得其纵向延伸X基本上垂直于处理空气A的流动方向Y。优选地，其纵向延伸与水平平面基本平行。换言之，优选地，当安装时，纵向方向X位于平行于干衣机1所限定的(X”，Y”)平面上。
优选地，通道57内的制冷剂流基本上垂直于处理空气A流。然而，取决于处理空气A流的方向，处理空气流的方向和制冷剂流的方向可以可替代地在其之间形成角度。
根据优选的实施例，这些通道57在多个热交换层58中被分组：每个热交换层58包括多个优选地相邻和彼此平行的通道57。更加优选地，每个模块40包括多个热交换层58，更加优选地，所有层58沿着堆叠方向Z彼此上下地堆叠、并且甚至更加优选地彼此平行堆叠，从而基本上形成多个平行的排。优选地，堆叠方向Z是竖直方向，即，Z和Z”彼此平行。可替代地，堆叠方向Z和竖直方向Z”可以在其之间形成角度。
根据本发明的实施例，热交换层58包括单个管，该管具有例如细长的横截面，并且包括两个基本上平行的平表面59a，59b。在该管内，实现分隔件58a，以便将该管的内部纵向划分成多个通道57。这样的结构在图11的热交换层58的横截面中被示意地描绘。单个通道57的横截面可以是任意的。每个热交换层58具有宽度W，该宽度取决于彼此相邻定位的通道数量(参见图9b)。
优选地，每对相邻堆叠的通道层58经由多个翅片60连接。优选地，热交换层58的上表面59a经由多个翅片60连接到相邻热交换层58的下表面59b。
层58的宽度W限定方向Y，该方向与通道57的纵向方向X一起进而限定热交换层平面(X，Y)。当模块40安装在干衣机1上时，热交换层平面(X，Y)可以平行于干衣机1限定的水平平面(X”，Y”)或相对于该水平平面倾斜。可替代地或此外，热交换层平面(X，Y)可以垂直于堆叠方向Z或与该方向形成一个角度。此外，每个热交换层58还可以不是平面的，而是例如曲面的，例如，具有沿堆叠方向向上或向下指向的凹度。
例如，联管箱55，56的一部分在图12中被表示。联管箱55、56包括在其中被实现多个孔57a的圆柱形封套107，通道57形成插入在其中的层58。然而，不同的构型是可能的。
联管箱55、56的横截面为圆形(如附图中所示)或椭圆形。联管箱的横截面涉及联管箱沿垂直于堆叠方向Z的平面的截面。优选地，该椭圆形截面是这样的使得其最小的直径(即穿过该截面几何中心的最小径)小于层58的宽度W。
经由进口联管箱55进入模块40的制冷剂R可以来自于另一个模块40的出口联管箱56、压缩机24或毛细管/膨胀阀22。此外，离开该出口联管箱的制冷剂R可以被引导朝向另一个模块40的进口联管箱56、毛细管/膨胀阀22或压缩机24。压缩机24、多个模块40和毛细管22之间的连接，以及多个模块40之间的连接经由管道65形成(如在图8中可见)。在以下图中，制冷剂R的流动将用具有在流动方向上的指向箭头的虚线来指示。
根据图9a和图9b中所描绘的本发明干衣机1的模块40的第一实施例，两个联管箱55、56被竖直地(即其轴线Z是干衣机1的竖直轴线Z”)安装在干衣机1的基座44上、且相互平行，并且连接两个联管箱55、56的通道57沿纵向方向X是基本笔直的。该堆叠方向Z平行于竖直方向Z”。这些通道57在热交换层58中被划分，其中每层包括限定上下表面59a，59b的不同管，通道57在该管内被实现。多个热交换层58将进口联管箱55连接到出口联管箱56上，所有热交换层58具有与彼此纵向相反的第一端58b和第二端58c，第一端58b连接到进口联管箱55上而第二端58c被连接到外联管箱56上。热交换层58沿着竖直方向Z彼此上下堆叠。此外，每个热交换层58具有与这些通道57的纵向延伸X相垂直的宽度方向Y。在本实施例中，这个宽度方向Y与水平平面(X”，Y”)和空气流动方向平行；即，这些层平面(X，Y)是水平的(与水平平面(X”，Y”)平行)。换言之，模块40被安装成使得这些热交换层58形成可供处理空气在其之间流动的多个平行水平平面。在每个联管箱55、56中，在每个热交换层的端部58b、58c的相应处，多个孔口57a被实现，在每个孔口57a中插入一个通道57。如此形成的多排孔口57a(仅在图12中可见)彼此互相平行、且垂直于联管箱55、56的纵向延伸Z。
制冷剂R沿平行于联管箱55的纵向延伸Z的流动方向经由进口孔口55进进入模块40的进口联管箱55，并且经由孔口57a分支到不同通道57中。这些热交换层58根据制冷剂流动方向是彼此“平行”的。在每个通道57中，制冷剂的流动基本上平行于制冷剂R在其他通道57中的流动方向、并且具有相同的方向。制冷剂R随后经由出口联管箱56的出口孔口56出离开模块40。
制冷剂在联管箱55、56中的流动方向垂直于处理空气A流。除此之外，制冷剂在进口联管箱55内的流动平行于制冷剂在出口联管箱56内的流动，但是方向相反。
根据图10a和图10b中描绘的本发明的干衣机1模块40的附加实施例，模块40只包括两个联管箱55、56，进口联管箱和出口联管箱。在这种情况下，这些联管箱位于水平平面(X，Y)上，并且更优选地是沿着空气流动方向Y布置。此外，并不是所有的层都连接到进口和出口联管箱55、56上，相反只有最高和最低层分别连接到进口层和出口层上。所有其他层58将其端部58b、58c连接到其相邻的层，例如，一端连接到其下层、而一端连接到其上层。因此，各个层58基本上由单个通道的管将自身多次弯折而成以形成堆叠层。布置在基座44内的进口和出口联管箱55、56基本上平行于干燥空气流动方向Y，还有在联管箱内产生的制冷剂流动平行于水平平面(X”，Y”)。然而，进口和出口联管箱55、56沿着竖直方向Z”位于基座44内不同的高度，因此由单个管形成的多个层58在与竖直方向Z”对应的堆叠方向Z上彼此上下地堆叠。多个通道层58彼此平行，并且其纵向延伸X垂直于处理空气流方向Y。不同通道57在其中被实现的单个管具有限定第一通道层的第一直线部58e，该第一通道层经由其端部中的一个端部58b与进口联管箱55连接，则该管包括U形弯头58f、并且其平行于第一直线部58e朝着第二直线部58g延伸，该第一直线部限定了第二通道层，等等，直到形成最后一层的最后直线部58z，该最后直线部通过其端部中的一个端部58c连接到出口联管箱56。以此方式，在每个联管箱55、56内形成单排孔口57a，并且不同层58中的制冷剂流动可以被认为相对于制冷剂流是串联的。不同通道57中的制冷剂流动形成的多个通道层彼此平行。此外，这些通道层平面(X，Y)与水平平面(X”，Y”)平行。
进口和出口联管箱55、56内的制冷剂R的流动优选地彼此平行。这两个流可以具有相同或者相反的方向。
优选地，以上两个实施例中所述的通道57为圆柱形管，即具有圆形的横截面。有利地，所述通道57具有小于或等于5mm的水力直径DH，即DH≤5。
尽管如此，通道57可以具有横截面形状不同的不同形状。相应地，水力直径DH被定义为
DH＝4*A/P
其中，A是通道的横截面积并且P是通道57的横截面的湿周，每个通道的水力直径DH小于或等于5mm，即DH≤5mm，更优选地DH≤3mm，甚至更优选地DH≤1mm。
因此已经显示，本发明允许实现所有所设定的目标。具体地，使得可以获得热泵式干衣机，该干衣机提高了干燥过程的效率并且限制热泵部件的大小。
尽管在此参照附图描述了本发明的说明性实施例，但应理解的是本发明并不限于那些明确的实施例，并且在不脱离本发明的范围或精神情况下，相关领域的技术人员在其中可以实现多种其他变化和修改。所有这样的变化和修改旨在包括在所附权利要求书所限定的本发明的范围内。

Claims (28)

1.一种干衣机(1)，该干衣机包括热泵系统(20)，该热泵系统具有制冷剂(R)的制冷剂回路(30)并且包括与适用于接纳有待使用处理空气(A)干燥的衣物的衣物容器(9)相连通的处理空气回路(10)，所述制冷剂回路(30)包括：
中央处理单元，
制冷剂(R)，
用于加热所述处理空气(A)和冷却所述制冷剂(R)的第一热交换器(21)，所述第一热交换器(21)包括用于排出所述衣物容器(9)的加热后的处理空气(A)的热交换器出口(28)；
用于冷却所述处理空气(A)并加热所述制冷剂(R)的第二热交换器(23)；
安排在所述制冷剂回路(30)中、位于所述第一热交换器(21)与所述第二热交换器(23)之间的制冷剂膨胀装置(22)；以及
安排在所述制冷剂回路(30)中、位于所述第二热交换器(23)与所述第一热交换器(21)之间的旋转式或涡旋式压缩机(24)，所述压缩机(24)包括压缩机室(260)和压缩机进口(24a)，其中，所述制冷剂(R)被吸入所述压缩机室(260)，
其特征在于，
所述压缩机室(260)的体积(Vd)与在所述热泵系统(20)的稳定状态条件下所述压缩机进口(24a)处的制冷剂密度(RDS)的积包含在40cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间；
其中，通过使用在压缩机进口(24a)处检测的制冷剂温度和/或在压缩机进口(24a)处和/或在蒸发器进口(23a)处检测的制冷剂压力来计算所述制冷剂密度(RDS)；
其中，所述制冷剂密度(RDS)与所检测到的值之间的关联作为函数或表格存储在所述中央处理单元的存储器中；以及
其中，所述稳定状态条件是从激活后的一个时间段(t1-t0)之后当热力学条件随着时间推移基本上稳定时由所述热泵系统(20)达到的状态条件。
2.如权利要求1所述的干衣机(1)，其中，该压缩机室体积(Vd)与所述压缩机进口(24a)处的制冷剂密度(RDS)的所述积包含在60cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
3.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机室体积(Vd)包含在4cm3与24cm3之间。
4.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，在所述稳定状态条件下所述压缩机进口(24a)处的所述制冷剂密度(RDS)包含在6kg/m3与40kg/m3之间。
5.如权利要求1所述的干衣机(1)，其中，在所述稳定状态条件下，在所述第一热交换器(21)处的制冷剂冷凝温度(TC)保持在目标温度上下7.5℃的范围内，和/或在所述第二热交换器(23)处的制冷剂蒸发温度(TV)保持在目标温度上下7.5℃的范围内，和/或在所述第一热交换器出口(28)处的处理空气温度(TA)保持在目标温度上下7.5℃的范围内。
6.如权利要求5所述的干衣机(1)，其中，在所述第一热交换器出口(28)处所述处理空气温度(TA)的所述目标温度设置在50℃与70℃之间。
7.如权利要求5或6所述的干衣机(1)，其中，在所述第二热交换器(23)处所述制冷剂蒸发温度(TV)的所述目标温度设置在15℃与25℃之间。
8.如权利要求5或6所述的干衣机(1)，其中，在所述第一热交换器(21)处所述制冷剂冷凝温度(TC)的所述目标温度设置在50℃与70℃之间。
9.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述处理空气回路(10)是闭环处理空气回路(10)。
10.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机(24)以可变转速被驱动。
11.如权利要求10所述的干衣机(1)，其中，一旦所述压缩机的转速变化就获得和/或保持所述稳定状态条件。
12.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机为旋转式压缩机。
13.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述热泵系统(20)另外包括所述压缩机(24)的冷却风机单元(70)。
14.如权利要求13所述的干衣机(1)，其中，所述冷却风机单元(70)在所述稳定状态条件下被激活。
15.如权利要求13所述的干衣机(1)，其中，一旦激活所述冷却风机单元(70)就获得和/或保持所述稳定状态条件。
16.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述第一热交换器和/或所述第二热交换器(21；23)另外包括热交换器模块(40)，所述模块(40)包括：
-用于将所述制冷剂(R)流引导进所述模块(40)的进口联管箱(55)；
-用于将所述制冷剂(R)从所述模块(40)排出的出口联管箱(56)；以及
-多个热交换层(58)，这些热交换层将所述进口联管箱(55)流体地连接到所述出口联管箱(56)以使所述制冷剂(R)能够从所述进口联管箱流动到所述出口联管箱和/或反之亦然；所述热交换层(58)在预定的堆叠方向(Z；Z’)上彼此上下地堆叠，并且每个热交换层(58)包括多个通道(57)。
17.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述热交换层(58)基本上彼此平行。
18.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述多个通道(57)基本上彼此平行。
19.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述热交换层(58)包括单管。
20.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述通道(57)的水力直径小于或等于5mm。
21.如权利要求1所述的干衣机(1)，其中，该压缩机室体积(Vd)与所述压缩机进口(24a)处的制冷剂密度(RDS)的所述积包含在100cm3*kg/m3与250cm3*kg/m3之间。
22.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机室体积(Vd)包含在5cm3与16cm3之间。
23.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机室体积(Vd)包含在6cm3与14cm3之间。
24.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，在所述稳定状态条件下所述压缩机进口(24a)处的所述制冷剂密度(RDS)包含在10kg/m3与25kg/m3之间。
25.如权利要求1所述的干衣机(1)，其中，在所述稳定状态条件下，在所述第一热交换器(21)处的制冷剂冷凝温度(TC)保持在目标温度上下5℃的范围内，和/或在所述第二热交换器(23)处的制冷剂蒸发温度(TV)保持在目标温度上下5℃的范围内，和/或在所述第一热交换器出口(28)处的处理空气温度(TA)保持在目标温度上下5℃的范围内。
26.如权利要求1或2所述的干衣机(1)，其中，所述压缩机为滚动活塞式压缩机。
27.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述通道(57)的水力直径小于或等于3mm。
28.如权利要求16所述的干衣机(1)，其中，所述通道(57)的水力直径小于或等于1mm。
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