CN110872774A - 包括热泵系统的衣物干燥机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及干燥机，其包括处理室和热泵系统，物品放入处理室并用过程空气流处理，热泵系统具制冷剂能在其中流动的制冷剂回路，该回路包括加热制冷剂的第一热交换器、冷却制冷剂的第二热交换器、对制冷剂增压并使其循环穿过回路的压缩机以及压力降低装置，第一和/或第二热交换器易于在回路中流动的制冷剂与过程空气之间执行热交换，制冷剂是可燃制冷剂；第二热交换器是包括具一个在另一个上方的多个区段的管和多个翅片的翅管式热交换器，其分成三部分：多个区段与多个翅片接触的中央部分、以及管与多个翅片不接触的第一和第二端部部分；管的包括在中央部分中的与多个翅片接触的所有区段的总的外部体积与压缩机排量之间的比率具低于26的值。

Description

包括热泵系统的衣物干燥机
技术领域
本发明涉及包括热泵系统的衣物干燥机，其中，热泵回路的制冷剂包括可燃制冷剂。
背景技术
目前，衣物干燥机中的热泵技术在能量消耗方面是干燥衣服的最有效的方式。在衣物干燥机的热泵系统中，过程空气流在封闭的过程空气流回路中流动。此外，热泵系统包括封闭的制冷剂回路。过程空气流通过主风扇被移动，穿过衣物室，并且在衣物室处从湿衣服中去除水，该衣物室优选地形成为可旋转的衣物滚筒。然后，过程空气流在蒸发器中被冷却下来并且被除湿，在冷凝器中被加热，并且再次被重新加进衣物滚筒中。
制冷剂通过压缩机被压缩，在冷凝器中被冷凝，在膨胀装置中被膨胀，并且然后在蒸发器中被蒸发。
因此，冷凝器和蒸发器是过程空气流回路的部件以及制冷剂回路的部件。冷凝器和蒸发器是过程空气流回路与制冷剂回路之间的热交换器。
通常，热泵系统的部件安置在衣物干燥机的底座中。衣物干燥机的底座是壳体的一部分，该壳体除了包括底座之外还包括壁，壁由底座大致竖向地支承，壁比如是例如前壁和后壁、以及侧壁。在壳体中，以可旋转的方式支承有滚筒，其中，衣物被放入该滚筒中以对衣物进行干燥。特别地，压缩机、蒸发器和冷凝器布置在衣物滚筒下方的所述底座中。
热泵中使用的典型制冷剂是诸如例如R134a和R407C之类的氢氟烃(HFCs)。然而，这些制冷剂的使用会在全球变暖方面产生不利影响，因为这些制冷剂具有高的全球变暖潜能值(GWP)，全球变暖潜能值是由这种制冷剂(呈气体形式)在大气中捕获的热量与由相似质量的二氧化碳在大气中捕获的热量相比的相对量度。
特别是在近几年中，全球变暖问题变得越来越严重，并且因此，已经广泛地研究并采用了替代性的制冷剂。
此外如由文献EP 3 066 406 B1所公开的，诸如例如丙烷(R-290)和丙烯(R-1270)之类的碳氢化合物制冷剂被证明是用于代替热泵干燥机和洗衣干燥机设备中的上述高GWP制冷剂的良好替代物。这些天然流体具有理想的热特性和物理特性，此外还具有可忽略的GWP。然而，由于这些替代性制冷剂是可燃的和易爆炸的，因此现行法规普遍对衣物干燥机中的制冷剂的最大充注量进行限制，以防止由于制冷剂回路中的泄漏而可能产生的问题。
发明内容
因此，申请人已经认识到，除了制冷剂的选择之外，热交换器的设计即蒸发器和冷凝器的设计会严重影响能量消耗、干燥效率和时间性能。热交换器的合适的构型允许实现若干优点，比如使制冷剂与过程空气之间的热交换达到最大程度、降低制冷剂回路和过程空气回路两者中的压降，以及减少热泵的正常运行所需的制冷剂量。所有这些优点允许节约能量、提高干燥效率，并且所有这些优点通常与选择具有低的GWP的制冷剂一起允许实现更“环保的”干燥机。
因此，本发明的目的是提供一种具有热泵系统的衣物干燥机，该热泵系统具有旨在使制冷剂充注量的被有效包含在热交换中的百分率最大化的改进设计。
本发明的另一目的是提供一种具有热泵系统的衣物干燥机，该热泵系统允许效率方面的良好性能，同时对全球变暖具有可以忽略的影响。
根据一个方面，本发明涉及一种干燥机，该干燥机包括：
处理室，物品被放入该处理室中并且在该处理室中通过过程空气流被处理；
热泵系统，该热泵系统具有制冷剂回路，制冷剂能够在该制冷剂回路中流动，所述制冷剂回路包括第一热交换器、第二热交换器、压缩机以及压力降低装置，在该第一热交换器中制冷剂被加热，在该第二热交换器中制冷剂被冷却，该压缩机对制冷剂进行增压并且使制冷剂循环穿过制冷剂回路；所述第一热交换器和/或第二热交换器易于在于所述制冷剂回路中流动的所述制冷剂与所述过程空气之间执行热交换；该制冷剂是可燃制冷剂；
其中，所述第二热交换器是翅管式热交换器，该翅管式热交换器包括管和多个翅片，该管具有一个在另一个上方的多个区段；
所述第二热交换器被分成三部分：中央部分以及第一端部部分和第二端部部分，在所述中央部分中，管的所述多个区段与所述多个翅片接触，在第一端部部分和第二端部部分处，所述管与所述多个翅片不接触；
并且其中，管的被包括在中央部分中的与所述多个翅片接触的所有区段的总的外部体积与压缩机排量之间的比率具有低于26的值。
在下文中，使用术语“干燥机”表示仅干燥的干燥机器和组合式的洗涤干燥机两者。特别地，洗涤衣物的洗涤干燥机也使衣物旋转/使衣物受离心力并且最终使衣物翻滚并干燥衣物。
干燥机包括“处理室”，比如清洗和/或干燥室(通常称为滚筒)，衣物可以被放置在该处理室中以被洗涤和/或被干燥；该室可以在洗涤操作和/或干燥操作期间绕室轴线旋转。此外，干燥机可以是前部装载式干燥机或顶部衣物干燥机，该前部装载干燥机意味着处理室的旋转轴线以水平方式定位或相对于水平平面略微倾斜，在该顶部衣物干燥机中，处理室的轴线是大致竖向的。
在优选实施方式中，干燥机是前部装载式衣物干燥机。
干燥机优选地包括壳体，该壳体优选地包括前壁、后壁、侧壁、顶壁以及基部区段或底座。前壁或顶壁可以包括用户面板，以由用户命令干燥机的功能。壳体限定干燥机的内部体积与干燥机的外部之间的界限。此外，优选地，壳体包括铰接至壳体自身的门，该门能够打开以将衣物放入衣物室中，例如，在前部装载式干燥机的情况下该门铰接至前壁，或者在顶部装载式干燥机的情况下该门铰接至顶壁。
除了别的以外，底座具有容纳干燥机的若干部件的功能，干燥机的所述若干部件比如是干燥空气管道的一部分、热交换器、用于使室旋转的马达、风扇等。此外，底座还具有对壳体的壁中的一些壁进行支承的功能。
底座可以用任何材料实现；优选地，底座用塑料材料实现。此外，壳体的壁也可以用任何材料实现。
底座通常定位在地板上，并且当机器处于标准操作状态时，底座坐置在地板上。
底座例如可以被分成上壳和下壳。上壳和下壳限定底座的外部边界，将底座分成底座的体积“内部”和“外部”。
在热泵干燥机中，处理室是过程空气回路的一部分，特别地，例如在冷凝式干燥机的情况下过程空气回路是封闭循环空气回路，或者在通风式干燥机的情况下过程空气回路是敞开空气回路，在这两种情况下，过程空气回路包括用于输送空气流以干燥装载物的空气导管。过程空气回路通过其两个相反的端部连接至处理室。热的被除湿的空气被给送到处理室中，从而在衣物上方流动，并且所产生的潮湿的冷空气离开处理室。然后，富含水蒸气的潮湿的空气流被给送到热泵的蒸发器中，在该蒸发器中，湿润温暖的过程空气被冷却并且存在于湿润温暖的过程空气中的湿气冷凝。然后，所产生的冷的被除湿的空气被排放到设备外部进入设备所在的周围环境中，或者所产生的冷的被除湿的空气在封闭循环回路中继续循环。在该第二种情况下，过程空气回路中的被除湿的空气然后在再次进入干燥室之前借助于热泵的冷凝器被加热，并且整个循环被重复，直到干燥循环结束为止。替代性地，环境空气从周围环境经由入口导管进入滚筒中，并且环境空气在进入干燥室之前由热泵的冷凝器加热。对于洗涤干燥机来说，在本领域中已知不同的回路。
干燥机的热泵包括制冷剂回路，制冷剂可以在该制冷剂回路中流动，并且该制冷剂回路经由管路将第一热交换器或蒸发器、第二热交换器或冷凝器、压缩机以及压力降低装置连接。制冷剂通过压缩机被增压并且循环穿过系统。在压缩机的排出侧，热的且被高度增压的蒸汽在冷凝器中被冷却，直到热的且被高度增压的蒸汽冷凝成高压、中等温度的液体为止，从而在过程空气被引入到干燥室之前对过程空气进行加热。然后，已冷凝的制冷剂穿过诸如膨胀装置之类的压力降低装置，该膨胀装置例如为阻塞件、阀或毛细管。然后，低压液体制冷剂进入蒸发器，在该蒸发器中，流体由于与离开干燥室的温暖的过程空气的热交换而吸收热并蒸发。然后，制冷剂返回至压缩机，并且重复循环。
为了对制冷剂进行压缩，压缩机包括电动马达，该电动马达通常由电流——例如来自主电源的电流——供电。
为了与过程空气进行热交换，第一热交换器和第二热交换器定位在过程空气回路内部。过程空气回路限定了底部部分或底部部件。第二热交换器与过程空气回路的底部部件或底部部分抵接。在下文中，用作参考平面的“水平平面”被如下定义。第二热交换器至少通过三个点与过程空气管道的底部部件接触。这三个点限定了平面，并且该平面是用于本说明书的参考系的水平平面。如果在第二热交换器与过程空气管道的底部部件/部分之间存在多于三个点的抵接部，则该水平平面是包括大多数连接点的平面。
该平面通常实际上是一般意义上的“水平的”，也就是说，该平面与放置干燥机的普遍被认为是“水平”的地板平行。然而，在术语的普遍含义中，存在以上所定义的平面不是水平的情况，例如，该平面相对于定位干燥机的地板倾斜(即该平面与该地板形成一角度)。这可以例如由于地板不平而发生，并且干燥机必须例如使用提供的标准“高度可调节的腿”来调整，以在不平坦的地板上是稳定的。替代性地，热交换器确实可以定位成相对于地板倾斜。
优选地，所述第二热交换器位于干燥机的底座中。
在本发明中，用在热泵回路中的制冷剂是可燃制冷剂，并且优选地是碳氢化合物制冷剂。尽管对于可燃制冷剂而言由现行法规设定了最大充注量限制，但是这些制冷剂具有用于热交换器中的理想的热性能和物理性能，并且最重要的是，这些制冷剂具有低的GWP，这意味着对全球变暖的影响可以忽略。
本发明的第二热交换器——冷凝器——是翅管式热交换器，该翅管式热交换器包括具有一个在另一个上方的多个区段的管和多个翅片。所述第二热交换器的总长度沿着长度方向来限定。
翅管式热交换器是用以在流体(在管内部流动的制冷剂)与空气(流动穿过翅片并且在管外部流动的干燥过程空气)之间传递热的热交换器中最常使用的类型。
这种热交换器通常包括连续的弯曲管，该连续的弯曲管具有由U形弯曲区段连接的直的部分，翅片沿着该直的部分横向安装。翅片设置有具有合适的形状和大小的孔或孔口，以允许所述翅片沿着连续的弯曲管被横向组装。此外，翅片被适当地设计成使得在管与翅片的孔之间确保了具有适当干涉的接触。由于可能改变管和安装在该管上的翅片的机械公差以及相对定位的安装过程，因此管部分与翅片之间的接触可以是随机的和/或分散的。
替代性地，这种热交换器可以包括被插入在横向翅片的圆形孔或孔口中的独立的直管，然后，这些管被膨胀以提供管与翅片的圆形孔之间的具有干涉的适当接触。然后，直管的端部借助于短的U形弯曲区段成对地连接，以确保制冷剂回路的连续性。U形弯曲区段通常焊接或焊合至直管。
在任何情况下，存在多个管区段——同一管的或者不同的独立管的所有部分。为了简单起见，在下文中使用单数形式的“管”来指示连续的弯曲管和管组件两者，管组件包括以一个在另一个上方且彼此大致平行的方式堆叠的多个直管，并且所述多个直管在其端部处通过适合的连接区段连接，适合的连接区段比如是上述焊接或焊合至直管的端部的U形弯曲区段。
优选地，这些管区段全都是彼此平行的。这些管区段可以与管的“直的”即大致沿着单个方向延伸而没有弯折或弯曲的部分相对应。优选地，这些管区段是水平的，也就是说，这些管区段与水平平面平行。
在以上两种构造中，这种翅管式热交换器通常包括中央部分，该中央部分例如与直的管区段的长度大致相对应。该中央部分是过程空气流动横过的部分，并且因此，在该部分处，热交换在管区段中流动的制冷剂与过程空气之间进行。此外，翅管式交换器包括侧向部分，侧向部分在中央部分的两个相反侧，侧向部分包括连接直的管部分的U形弯曲管区段，并且侧向部分不参与热交换(或最低限度地参与热交换)，因为过程空气没有流动穿过侧向部分或者仅是最低限度地流动穿过侧向部分。
虽然这些侧向部分在热交换方面没有用处，但是出于构造的原因，这些侧向部分是必要的，因为中央部分的直的管区段必须连接，以确保制冷剂回路的连续性。
侧向部分的最小长度取决于管的最小弯曲半径，而管的最小弯曲半径又取决于管的尺寸和管的材料的挠性并且在使用多个独立的直管时还取决于焊接或焊合U形弯曲区段所需的空间。根据标准技术，对于热交换器而言，侧向部分的长度(两个长度的总和)在40mm与60mm之间。该长度沿着作为水平方向的长度方向来量取。长度方向的其他细节在下面给出。
在使用中，整个热交换器充注有制冷剂。因此，当涉及翅管式热交换器时，必须考虑制冷剂的不参与热交换的百分率，即制冷剂的在侧向部分中流动的百分率。这在使用诸如上述碳氢化合物之类的可燃且易爆的制冷剂时由于所述可燃且易爆的制冷剂的受限的最大充注量而特别值得关注。该最大充注量可能例如在法规中规定。
该最大充注量的限制进而可以影响衣物干燥机的干燥性能，因为常规的衣物干燥机的最佳性能通常是针对较高值的制冷剂充注量来观测。
以上所定义的参考水平平面允许定义两个正交方向：长度方向和厚度方向。这两个方向都是水平方向，也就是说，这两个方向与水平平面平行，并且彼此之间形成大致90°的角度。
在下文中，用“长度方向”来指示与包含以一个在另一个上方的方式堆叠的多个管区段中的至少两个管区段的平面大致平行的水平方向。该平面优选地是竖向平面，即与水平平面垂直的平面。因此，在下文中，“长度”是指沿着长度方向截取的尺寸。因此，“厚度方向”自然定义为与长度方向垂直(并且仍然是水平的)。
因此，本发明的第二热交换器被分成三个部分：中央部分以及第一端部部分和第二端部部分，在该中央部分中，管的所述多个区段与所述翅片接触，在第一端部部分和第二端部部分处，所述管与翅片不接触。
这三个部分——中央部分、第一端部部分、第二端部部分——的在长度方向上的长度沿着热交换器的所述长度方向来限定，并且所述三个长度的总和与热交换器的总长度相对应。
在第二热交换器的中央部分中，热交换在所述多个管区段中流动的制冷剂与横向流过管且与翅片大致平行地流动的过程空气之间进行，端部部分设置成仅连接中央部分的所述多个管区段，以确保制冷剂在回路中的连续流动。这些端部部分没有设置翅片，因为不旨在使过程空气在这些区域中流动，所以在端部部分中不进行制冷剂与空气之间的热交换。
管的被包括在中央部分中的与第二热交换器的翅片接触的所有区段的外部体积(简言之，总的外部体积或TEV)可以被定义。
TEV＝π×(De/2)^2×Nt×Le
其中，Nt＝区段的数目，
Le＝中央区域中的管区段的长度，
De＝管区段的外径。
如果对于所有的管或区段而言直径不相同，则存在由具有不同直径的管区段给出的各种体积的总和。如果对于所有的管区段而言长度不相同则以上方法同样适用。
优选地，外径De包括在4mm与10mm之间。
管区段的长度按照沿着管区段的延伸方向的长度来计算。通常，管区段是直的，因此管区段的长度与管从一个端部至另一端部的延伸量相等。如果管区段是大致水平的(如果管区段水平延伸)，则管区段的长度可以与中央部分的沿着长度方向的长度相对应。
如果管区段具有圆形横截面，则上述体积以上面的方式来计算。如果管区段不是圆形的，那么体积是：
TEV＝(管区段的横截面)×Nt×Le。
优选地，区段的数目Nt包括在20与70之间。
优选地，区段的长度Le包括在200mm与450mm之间，更优选地在200mm与300mm之间。优选地，管区段的长度(管的中央部分中的长度)等于：Le＞280mm，优选地Le＞300mm，更优选地Le＞320mm，甚至更优选地Le＞350mm。
优选地，管的厚度(即，管的外壁的厚度)包括在0.2mm与0.8mm之间。
在圆管的情况下，优选地，管的外径De包括在4mm与10mm之间。
如果对于所有的管而言直径不相同，则存在由具有不同直径的管区段给出的各种体积的总和。
管区段的长度按照沿着管区段的延伸方向的长度来计算。通常，管区段是直的，因此长度与管从一个端部至另一端部的延伸量相等。如果管区段是大致水平的(管区段水平延伸)，则管区段的长度可以与中央部分的长度相对应。
如果管是圆形的，则上述外部体积TEV以上面的方式来计算。如果管不是圆形的，则体积是：
体积(总体积)：(管区段的外部面积)×Nt×Le。
此外，现在考虑热泵的压缩机，压缩机限定了排量。压缩机的排量是由压缩机的制造商给出的容积值，并且压缩机的排量通常写在压缩机的数据表中。例如，在旋转式压缩机的情况下，比如在固定叶片旋转式压缩机中，偏心轮或凸轮在室(由于室的常见的筒形形状，因此室也称为筒状部)内旋转。在旋转式压缩机的筒状部中，偏心凸轮的旋转对气体制冷剂进行压缩。该压缩机的排量被定义为室(＝筒状部)的已经减去凸轮的体积的容积。
优选地，所述压缩机是旋转式压缩机。
具有较高的外部体积的热交换器也因此具有高的内部容积(外部体积和内部容积是相关的两者并且取决于管壁的厚度)，并且具有较小的外部体积的热交换器也因此具有小的内部容积(较小的外部体积＝较小的内部容积)。
考虑到可燃制冷剂的情况，存在对要充注在系统中的制冷剂的合理量的限制。该量通常是相对“小的”，并且可以通过国家相关的法规来规定。这进而意味着：相比于具有高的外部体积的热交换器的情况，使用具有小的外部体积的热交换器迫使系统被“更多地充注”。
出于讨论的目的，认为热交换器中的管的厚度优选地包括在0.2mm与0.8mm之间。管优选地用铝或用铜或用两者的混合物来实现。因此，应当理解的是，热交换器的外部体积和热交换器的内部容积是相关的。并且因此，较小的外部体积意味着较小的内部容积。
“高充注”系统的效果在于，在干燥循环期间，制冷剂的工作压力和温度相对快速地上升，并且工作压力和温度可以达到非常高的水平。减少了干燥时间。
此外，当压缩机开启时，由于制冷剂自身的状态(在热交换器的一部分中呈高压并且处于液体状态)，热泵系统中的制冷剂充注量主要分布在冷凝器中。
还已知的是，使用具有大排量的压缩机具有类似的效果：在干燥循环期间，制冷剂的工作压力和温度快速上升，并且工作压力和温度可以达到非常高的水平。以这种方式，可以获得迅速且快速的干燥循环。此外，也可以获得干燥机的非常高效的性能。
为了获得这些优点，冷凝器(仅是在热交换过程中有效的部件，即翅片部件)的外部体积(EV)和压缩机排量的适当组合通过冷凝器的外部体积(EV)与压缩机排量的比率来描述。根据本发明，该比率如下：
冷凝器EV/压缩机排量＜26[cc/cc]，
更优选地，上述比率＜22[cc/cc]，甚至更优选地，上述比率＜18[cc/cc]，更优选地，上述比率＜15[cc/cc]。
优选地，上述比率＞12。
根据本发明，因此，可以获得冷凝器和压缩机的适当“匹配”，以具有两种可能的不同效果。如以上所示出的，制冷剂的量在制冷剂回路中是相对低的。因此，具有高的EV的冷凝器仅部分充注。然而，这可以由具有大排量的压缩机来补偿：以这种方式，可以实现良好的能量性能和不长的干燥时间。替代性地，可以将具有低EV的冷凝器的高充注制冷剂回路与具有大排量的冷凝器放在一起。以这种方式，干燥机中的温度可以非常快速地上升，并且因此，可以获得非常短的干燥循环。
优选地，所述第二热交换器是盘管热交换器，并且管在所述端部部分中包括弯曲部。在该实施方式中，端部部分特别地定形状为U形弯曲管区段。
优选地，所述管具有包括在4mm与10mm之间的外径。这种尺寸区间的上限值被有利地选择成对热交换器的内部容积进行限制，使得对于相同量的制冷剂，获得在盘管内循环的更高浓度的制冷剂，这在涉及制冷剂的低充注量时反过来提高了第二热交换器的冷却能力并且减少了压力损失的发生。在另一端的下限制设置成确保热交换器的最小的可接受冷却能力。
优选地，干燥机包括具有所述处理室的过程空气回路以及所述热泵所在的底座，过程空气回路包括底座部分，该底座部分构成过程空气管道，第一热交换器和第二热交换器定位在底座部分处，其中，所述第二热交换器的所述中央部分完全容纳在所述底座过程空气管道中。因此，冷凝器的整个中央部分利用最大的可用热交换表面而用于热交换。
优选地，所述可燃制冷剂优选地包括丙烷或丙烯。丙烷和丙烯是具有最低水平的有害排放物的高效天然制冷剂。
优选地，所述长度方向与所述过程空气在穿过所述第二热交换器时的主要流动方向大致垂直。因此，在该实施方式中，并且通常在涉及蒸汽的大体积流动并且需要低压降时，第二热交换器具有特别适于诸如衣物干燥机之类的低压应用的所谓的“交叉流动构型”。此外，该构型允许缩小热交换器的尺寸。
优选地，第二热交换器沿着厚度方向限定厚度，所述厚度方向与所述长度方向大致垂直，并且其中，厚度包括在40mm与150mm之间。在某一厚度之后，热泵的整体效率没有显著的提高。因此，选择的范围是在使用少量的制冷剂的“小的”热交换器与良好的热交换之间的折衷。
优选地，压缩机的排量包括在5cc与12cc之间。更优选地，压缩机的排量包括在6cc与9cc之间。这些排量是获得干燥循环所需的适当功率与压缩机的成本和尺寸的良好折衷。压缩机排量在所提及的范围内，然而，压缩机排量总是选择成使得排量与冷凝器的外部体积之间的比率满足本发明的不等式。
优选地，所述管用铜、铝或两者的组合来实现。这些材料具有极好的导热率，另外还具有良好的热膨胀性能、良好的耐内部压力性能、良好的耐腐蚀性能以及良好的疲劳强度。
优选地，管的包括在中央部分中的所有区段的总的外部体积包括从200cc至600cc。这些数值是在考虑了可用的制冷剂量和所需的热交换的情况下获得的。
优选地，所述第一热交换器和/或第二热交换器沿着长度方向限定总长度，所述端部部分位于中央部分的沿着所述长度方向的相反侧处，所述长度方向与所述过程空气穿过所述第一热交换器和/或第二热交换器时的主要流动方向大致垂直。因此，在该实施方式中，并且通常在涉及蒸汽的大体积流动并且需要低压降时，第一热交换器和/或第二热交换器具有特别适于诸如衣物干燥机之类的低压应用的所谓的“交叉流动构型”。此外，该构型允许缩小热交换器的尺寸。
优选地，第一热交换器和/或第二热交换器沿着厚度方向限定厚度，并且其中，厚度包括在40mm与150mm之间。在某一厚度之后，热泵的整体效率没有显著的提高，因为压降变得明显。因此，选择的范围是在使用少量的制冷剂的“小的”热交换器与良好的热交换之间的折衷。
优选地，所述第一热交换器和/或第二热交换器沿着长度方向限定总长度，所述端部部分位于中央部分的沿着所述长度方向的相反侧处，总长度小于550mm。总长度Lt是中央长度Le加上两个侧向长度Lc的总和。干燥机通常具有要遵从的标准的可接受尺寸，并且该最大长度最好利用所有可用的空间。例如，在欧洲，干燥机的标准最大尺寸是60cm×60cm(长度×厚度)，而通常干燥机的底座会小几厘米。
优选地，所述底座包括上壳和下壳，所述底座过程空气管道由所述上壳和所述下壳形成。获得了机器的简单组装。
优选地，在热泵循环的稳定阶段中，制冷剂的高压包括在19巴与38巴之间。
优选地，在热泵循环的稳定阶段中，制冷剂的低压包括在7巴与17巴之间。
此外，冷凝器的交换面积越大，制冷剂的冷凝压力就越低。因此，增大冷凝器的尺寸可以在制冷剂的较低冷凝压力的情况下在冷凝器的出口处获得处于相同温度的相同空气流。这对提高性能有用。
所提及的压力以下述方式来测量：
当热泵的循环处于稳定状态时，在蒸发器与压缩机之间，在压缩机的入口处测量制冷剂的低压。
当热泵的循环处于稳定状态时，在压缩机与冷凝器之间，在压缩机的出口处测量制冷剂的高压。
在丙烷作为制冷剂流体的情况下：
循环的稳定阶段中的高压优选地包括在19巴与32巴之间，优选地从21巴至29巴。
循环的稳定阶段中的低压优选地包括在7巴与14巴之间，优选地从9巴至12巴。
在丙烯作为制冷剂流体的情况下：
循环的稳定阶段中的高压优选地包括在23巴与38巴之间，优选地从25巴至35巴。
循环的稳定阶段中的低压优选地包括在8巴与17巴之间，优选地从11巴至15巴。
稳定阶段如下被定义。整个热泵循环可以被分成处于第一瞬态阶段和处于稳定阶段。第一瞬态阶段在热泵循环开始时起始，并且可以持续达到循环的总持续时间的60％，优选地达到45％，更优选地达到循环的总持续时间的30％。在瞬态阶段中，压力逐渐增大(单次压力测量值仍会波动，但压力的总体趋势是在增加)。在稳定阶段中，压力基本上是恒定的(在这种情况下，单次测量值也波动，但总体趋势是基本恒定的压力值)。稳定阶段在瞬态阶段结束时起始，并且可以持续至热泵循环结束。稳定阶段在其持续时间期间满足以下条件。
第一条件是稳定阶段包含整个阶段的最高压力。
第二条件涉及该最高压力是“恒定的”。压力以给定的频率测量，因此，热泵循环期间的压力曲线包括多个点，每个采样时间处取一个点。这些压力值用Xi表示，其中i＝1…N，其中，N取决于循环的长度。
在热泵循环的稳定阶段内，取稳定阶段中的所有Xi的平均值，称之为平均值X平均，稳定阶段中的所有点Xi中的至少90％是这样的：
|X平均-Xi|<7巴
优选地，
|X平均-Xi|<5巴
更优选地，
|X平均-Xi|<2巴。
如上定义了稳定阶段，然后验证X平均是否满足：
当X平均涉及高压(在压缩机与冷凝器之间、在压缩机的出口处测量)时
23巴<X平均<38巴，
当X平均涉及低压(在蒸发器与压缩机之间、在压缩机的入口处测量)时
8巴<X平均<17巴。
优选地，容纳在所述热泵制冷剂回路中的可燃制冷剂的量包括在80g与300g之间。更优选地，可燃制冷剂的量包括在100g与250g之间。更优选地，该量包括在120g与200g之间。
可燃制冷剂的量可能由法规来设定，该法规也可以是国家相关的法规。该量相对“低”以使燃烧的风险最小化。
优选地，所述管用铜、铝或两者的组合来实现。这些材料具有优良的导热率，另外还具有良好的热膨胀特性、良好的耐内部压力特性、良好的耐腐蚀特性以及良好的疲劳强度特性。优选地，管用铝或铝合金中的一种铝合金来实现。由于铜和铝的机械特性，为了确保类似的机械阻力，因此相比于铜管，铝管的壁厚更高。这意味着在铜管和铝管的外径相同的情况下，铝管的内径低于铜管的内径。尽管铝管的材料量更高，但是考虑到原材料的成本，使用铝管热交换器代替铜管热交换器存在经济优势。低的内径意味着热交换器的低的内部容积，并且这在充注量受限的可燃制冷剂的情况下是特别有帮助的。
保持相同数目的管区段和相同的热交换器长度，内径减小不仅可以通过增加壁厚来实现还可以通过减小管的外径来实现。然而，高外径的管使流动穿过交换器的空气的湍流增加。该高的湍流使空气的热交换系数增大，从而提高了通过交换器交换的热量。
因此，给定外径，使用铝管来减小整体内部容积更好。
优选地，所述压缩机是旋转式压缩机。
附图说明
本发明的其他优点将通过以非限制性方式参照附图而得到更好地理解，在附图中：
图1是根据本发明所实现的衣物干燥机的立体图；
图2是图1的衣物干燥机的立体图，其中，移除了壳体的元件以示出一些内部部件；
图3是图1或图2的干燥机的底座的处于拆开构型的立体图；
图4是图3的底座的立体图，其中，移除了容纳在底座中的所有元件；
图5是图3的底座的俯视图；
图6是热交换器——图3的干燥机的细部——的立体图；
图7是图6的热交换器的正视图；
图8是图6和图7的热交换器的俯视图；
图9是图6至图8的热交换器的侧视图；
图10是图9的简化视图；
图11是示出了在热泵循环中制冷剂的压力的高压(上方曲线)测量值和低压(下方曲线)测量值与时间的关系的曲线图；以及
图12是压缩机——图1至图3的干燥机的热泵的一部分——的一部分的示意图。
具体实施方式
首先参照图1和图2，根据本发明所实现的衣物干燥机总体上用1表示。
衣物干燥机1包括外部箱体或壳体2和干燥室比如滚筒3，其中，外部箱体或壳体2优选地但非必须地呈平行六面体形状，滚筒3例如呈中空筒形形状，以用于容纳衣物并且通常用于容纳待被干燥的衣服和服装。滚筒3优选地以可旋转的方式固定至壳体2，使得滚筒3能够绕优选为水平的轴线R(在替代性实施方式中，旋转轴线可以倾斜)旋转。例如经由优选地铰接至壳体2的门4来实现进入滚筒3，门4能够打开及关闭在柜体自身上实现的开口4a。
更详细地，壳体2通常包括前壁20、后壁21和两个侧壁25，前壁20、后壁21和两个侧壁25都安装在底座24上。优选地，底座24用塑性材料实现。优选地，底座24经由注塑成型工艺模制而成。优选地，门4铰接在前壁20上，以便进入滚筒。壳体通过壳体的壁20、21、25限定衣物干燥机1的容积。有利地，底座24包括上壳部分24a和下壳部分24b(在下面详述的图3至图5中可见)。
干燥机1、并且特别是底座24通常位于地板上。
衣物干燥机1优选地还包括电动马达组件50，电动马达组件50用于根据命令旋转从而使滚筒3在柜体2内沿着滚筒3的轴线旋转。马达50包括限定马达旋转轴线M的轴51。
此外，衣物干燥机1可以包括电子中央控制单元(未示出)，该电子中央控制单元既对电动马达组件50进行控制又对干燥机1的其他部件进行控制，以根据命令执行优选地存储在同一中央控制单元中的用户可选的干燥循环中的一个干燥循环。衣物干燥机1的程序以及其他参数或者警报和警告功能可以在控制面板11中被设定和/或被可视化，控制面板11优选地在干燥机1的顶部部分中比如在门4上方实现。
参照图2，可旋转的滚筒3包括筒罩，该筒罩优选地具有大致筒形的管状本体3c，该管状本体3c优选地由金属材料制成，并且该管状本体3c布置在壳体2内部并且易于绕总的旋转轴线R旋转。筒罩3c限定第一端部3a和第二端部3b，并且滚筒3布置成使得筒罩3c的第一端部3a面向在壳体2的前壁20上实现的衣物装填/取出开口以及门4，而第二端部3b面向后壁21。
滚筒3可以是敞开式滚筒，即端部3a、3b两者均是敞开的，或者滚筒3可以包括固定连接至筒罩并且与筒罩一起旋转的背壁(在附图中未示出)。
为了旋转，在本发明的衣物干燥机中还设置有用于滚筒的旋转的支承元件。这种支承元件可以包括位于滚筒的前部处和/或位于滚筒的后部处的滚动件、以及包括或者替代性地包括连接至滚筒的后端部的滚筒轴(轴在附图中未描绘)。例如，在图2中描绘了经由支架101a连接至底座的滚动件10以及经由凸起101连接至后壁21的滚动件10。本发明涵盖了用于滚筒绕轴线R的旋转的任何支承元件。
干燥机1另外还包括过程空气回路，该过程空气回路包括滚筒3和过程空气管道18，该过程空气管道18描绘为多个箭头，所述多个箭头示出了穿过干燥机1的过程空气流的路径流(见图3和图4)。在底座24中，过程空气管道18的一部分通过上壳24a与下壳24b的连接而形成。优选地，过程空气管道18通过其相反两端连接至滚筒3的两个相反的侧部，即筒罩3c的第一后端部3a和第二后端部3b。过程空气回路还包括风扇或鼓风机12(在图5中部分示出)。
本发明的干燥机1另外还包括热泵系统30，热泵系统30包括第二热交换器(也称为冷凝器)31和第一热交换器(也称为蒸发器)32(见图3)。热泵30还包括封闭的制冷剂回路(部分描绘)，当干燥机1处于操作中时，制冷剂流体在该封闭的制冷剂回路中流动，制冷剂流体对应于冷凝器31变凉并可以冷凝从而释放热，并且对应于蒸发器32变暖从而吸收热。压缩机33从蒸发器32接收呈气态的制冷剂并且供给冷凝器31，从而使制冷剂循环封闭。在下文中，热交换器分别被称为冷凝器和蒸发器或者第一热交换器和第二热交换器。更详细地，热泵回路通过管路35(见图3)将蒸发器32经由压缩机33连接至冷凝器31。冷凝器31的出口经由诸如阻塞件、阀或毛细管之类的膨胀装置(不可见)连接至蒸发器32的入口。
在该优选实施方式中，存在于热泵30的封闭的制冷剂回路中的制冷剂是丙烷。
如图12中所描绘的，压缩机33可以是固定叶片型旋转式压缩机。压缩机33限定具有容积V330的筒形室330。在室330中，安装有偏心件332，偏心件332具有体积V332并且借助于轴337而旋转(轴337例如通过马达而旋转并且不可见)。偏心件332与安装在弹簧元件338上的叶片331接触，以相对于形成筒形室330的压缩机本体滑动。叶片331由于偏心件332的旋转和弹簧元件338的力的作用而滑动。叶片331以密封的方式将筒形室330分成两个子室，即分别具有容积V333和V334的吸入室333和压缩室334。吸入室流体连接至用于制冷剂的入口335，而压缩室334流体连接至用于制冷剂的出口336。
在热泵循环期间，轴337旋转并且偏心件332偏心地旋转，这引起吸入室中的吸入操作以及压缩室中的压缩和排出操作。压缩室334的容积根据偏心件和活塞的位置而变化。因此，制冷剂通过偏心件332的旋转而被压缩。
称为V最大的压缩排量定义为：
V最大＝V330﹣V332＝V333+V334。
优选地，对应于蒸发器32，本发明的衣物干燥机1可以包括冷凝水罐(也不可见)，该冷凝水罐对在干燥机1处于操作中时由从干燥室(即滚筒)3来的过程空气流中的多余水分的冷凝而在蒸发器32内产生的冷凝水进行收集。该罐位于蒸发器32的底部处。优选地，所收集的水通过连接管和泵(在图中未示出)被送到对应于干燥机1的最高部分定位的贮存器中，使得有助于干燥机1的使用者将水轻松地手动排出。
热泵30的冷凝器31和蒸发器32对应于形成在底座24中的过程空气管道18定位(见图3)。
在如附图中所描绘的冷凝型干燥机——其中，过程空气回路是封闭的循环回路——的情况下，冷凝器31位于蒸发器32的下游。离开滚筒3的空气进入管道18并且到达蒸发器32，蒸发器32对过程空气进行冷却并除湿。干燥且冷却的过程空气继续流动穿过管道18，直到干燥且冷却的过程空气进入冷凝器31，在冷凝器31中，干燥且冷却的过程空气在重新进入滚筒3之前通过热泵30升温。
应当理解的是，在本发明的干燥机1中，除了热泵30之外还可以存在空气加热器比如电加热器。在这种情况下，热泵30和加热器也可以一起工作以使加热过程加速(并且因此减少干燥循环时间)。在干燥机1中存在加热器的情况下，优选地，热泵30的冷凝器31位于加热器的上游。应当提供适当的措施，以避免电加热器使干燥机1的塑料部件熔化。
此外，现在参照图4和图5，在底座中，过程空气管道18包括由上壳24a和下壳24b形成的导管，该导管具有入口19in和出口19，通过该入口19in从滚筒3接收过程空气，该出口19用以将过程空气从底座24输送出去。在入口19in与出口19之间，导管优选地形成为接合在一起并且属于上壳24a和下壳24b的两个单件，并且该导管包括第一部分29和第二部分28。在该导管的第一部分29中，形成有座置部以用于对第一热交换器32和第二热交换器31进行定位。优选地，热交换器31、32以一个接一个的方式安置，第二热交换器31在过程空气的流动方向上位于第一热交换器32的下游。此外，第二部分28将从第二热交换器31离开的过程空气朝向底座出口19输送。
因此，热交换器、并且特别是冷凝器31位于底座24的第一部分29中。冷凝器31与底座24的下壳24b接触，下壳24b形成用于抵接冷凝器的平坦部分29a。底座管道18与冷凝器之间的接触点限定了图5中用P指示的平面。平面P被认为是水平参考平面。在这种情况下，考虑到干燥机1定位在平坦的地板上和底座的平坦部分29a上，水平平面P与地板平行，并且水平平面P由标准(X，Y)坐标限定。然而，平面P可以相对于地板倾斜。
给定P平面，可以限定竖向Z方向，使得也可以将竖向平面——像图4的平面V——限定为与平面P垂直的平面。
图6至图8中给出了热交换器31或32的详细表示。热交换器31、32包括管或管件40，该管或管件40具有入口40a和出口40b，并且包括全部用41指示的直的平行区段和全部用42指示的弯曲部，弯曲部将直的平行区段41彼此连接。区段41一个在另一个上方，也就是说，区段41中的一些区段位于同一竖向平面上。因此，热交换器31、32限定了若干竖向平面，所述若干竖向平面彼此平行并且将不同组的区段41连接。若干区段可以以同样的方式位于同一水平平面上，即一组区段位于与P平面平行的平面上。因此，热交换器31、32限定了若干水平平面，所述若干水平平面彼此平行并且将不同组的区段41连接。属于同一水平平面的两个最近邻的区段41之间的距离称为同一水平平面中的区段的行间距。属于同一竖向平面的两个最近邻的区段之间的距离称为同一竖向平面中的区段的间距。这在图10中进行了示意性地描绘。
优选地，管件或管40用铝来实现。优选地，管件或管40的外径包括在4mm与10mm之间。
可以使用平面P来限定坐标系，其中，直的区段41沿着X方向延伸。该方向也称为“长度”方向。Y方向限定了“厚度”方向。
弯曲部42可以被焊合从而将不同平面中的不同区段41连接。
区段41被翅片50围绕。翅片50垂直于直的区段41定位，也就是说，翅片50沿着Y方向延伸。翅片50也限定了间距，也就是说，两个最近邻的翅片之间的距离称为翅片的间距。
优选地，蒸发器的翅片的间距包括在1.8mm与3.3mm之间。优选地，冷凝器的翅片的间距包括在1.4mm与3.3mm之间。
优选地，第一热交换器和/或第二热交换器的管的间距包括在15mm与30mm之间。优选地，第一热交换器和/或第二热交换器的管的排间距包括在10mm与30mm之间。
翅片具有孔口51以容置管件40的区段41。图9的侧视图中给出了孔口的视图。翅片50在此与区段41接触。在每个翅片50与每个区段41之间不需要进行连接。
因此，如图6至图8中详细示出的，每个热交换器被分成三部分：中央部分60和两个侧向部分61、62，在中央部分60处存在翅片50并且管40在中央部分60处具有直的部分41，两个侧向部分61、62位于中央部分60的两个侧向端部处，两个侧向部分61、62没有翅片并且包括弯曲部42。
中央部分60通常呈平行六面体的形式，该平行六面体具有前表面70和出口表面71，前表面70通常是过程空气撞击的竖向表面，出口表面71也是竖向的并且空气从出口表面71离开。这些表面70、71优选地与主要的过程空气流(例如，见图10)垂直。表面70、71优选地呈矩形。
如图3中可见，仅中央部分60位于形成在底座24中的过程空气管道内，并且更准确地是位于过程空气管道的部分29中。侧向部分61、62在管道的外部并且仅由过程空气少量地覆围。
在所定义的参照系中，冷凝器31的总长度——即冷凝器31沿着长度或X方向的总长度——称为Lt。该长度等于中央部分的长度(中央部分的长度通常等于每个区段41的长度)Le加上两个侧向部分的长度Lc。假设两个侧向部分的长度是相同的，那么
Lt＝Le+2×Lc。
对于冷凝器31和蒸发器而言，优选地，Lt<550mm。
此外，热交换器31、32在Y方向上限定了厚度t，该厚度t大致是翅片50的沿着Y方向的延伸量(假设所有翅片具有相同的延伸量)。
对于冷凝器和蒸发器而言，优选地，40mm<t<150mm。
对于冷凝器和蒸发器两者而言，可以计算出中央部分60的外部体积。该外部体积对于蒸发器称为TEV1并且对于冷凝器称为TEV2。在本实施方式中，管40大致是筒形的，并且因此管40的体积由圆周面积乘以筒形件的长度来计算。
TEV1、2＝π×(De/2)^2×Nt×Le
其中，Nt＝管的数目
Le＝中央区域中的管区段的长度
De＝管区段的外径。
根据本发明，TEV2/V最大<26。
在正常操作中，当干燥机1接通时，压缩机启动，并且热泵30启动其循环。制冷剂的压力——低压和高压(分别是在压缩机33的入口处和出口处)两者——开始增大。压力的增大发生在热泵循环的所谓“瞬态阶段”中。图11中描绘了这种特性(上面的曲线图与压缩机的出口处的压力测量值有关，而下面的曲线图与压缩机的入口处的压力测量值有关)。在瞬态阶段结束时，稳定阶段开始。在稳定阶段中，压力基本上是恒定的，或者仅略微增大/减小。测量值大体上在大致恒定的平均值周围波动。特别地，在图11中，稳定阶段在热泵循环结束时终止。
就压缩机33的入口/出口处的压力值的平均值X平均而言，这些值优选地包括在以下范围内：
7巴<X平均(低)<17巴，
19巴<X平均(高)<38巴。

Claims (14)

1.一种干燥机(1)，包括：
处理室(3)，物品被放入所述处理室(3)中并且在所述处理室(3)中通过过程空气流被处理；
热泵系统(30)，所述热泵系统(30)具有制冷剂回路，制冷剂能够在所述制冷剂回路中流动，所述制冷剂回路包括第一热交换器(32)、第二热交换器(31)、压缩机(33)以及压力降低装置，在所述第一热交换器(32)中所述制冷剂被加热，在所述第二热交换器(31)中所述制冷剂被冷却，所述压缩机(33)用以对所述制冷剂进行增压并且使所述制冷剂循环穿过所述制冷剂回路；所述第一热交换器和/或所述第二热交换器易于在所述制冷剂回路中流动的所述制冷剂与所述过程空气之间执行热交换；所述制冷剂是可燃制冷剂；
其中，所述第二热交换器(31)是翅管式热交换器，所述翅管式热交换器包括管(40)和多个翅片(50)，所述管(40)具有一个在另一个上方的多个区段(41)；
所述第二热交换器(31)被分成三部分：中央部分(60)以及第一端部部分(61)和第二端部部分(62)，在所述中央部分(60)中，所述管的所述多个区段(41)与所述多个翅片(50)接触，在所述第一端部部分(61)和所述第二端部部分(62)处，所述管与所述多个翅片不接触；
并且其中，所述管的被包括在所述中央部分中的与所述多个翅片(50)接触的所有区段的总的外部体积(TEV2)与压缩机排量(V最大)之间的比率具有低于26的值。
2.根据权利要求1所述的干燥机(1)，其中，所述第二热交换器(31)是盘管热交换器，并且其中，所述管(40)在所述端部部分中包括弯曲部。
3.根据权利要求1或2所述的干燥机(1)，其中，所述管(40)具有包括在4mm与10mm之间的外径。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，包括具有所述处理室(3)的过程空气回路以及所述热泵(30)所在的底座(24)，所述过程空气回路包括底座部分，所述底座部分构成过程空气管道，所述第一热交换器和所述第二热交换器定位在所述底座部分处，其中，所述第二热交换器(31)的所述中央部分被完全容纳在所述底座过程空气管道中。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述可燃制冷剂包括丙烷或丙烯。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述第二热交换器沿着长度方向(X)限定总长度(Lt)，所述端部部分(61、62)位于所述中央部分的沿着所述长度方向的相反侧处，所述长度方向与所述过程空气在穿过所述第二热交换器时的主要流动方向大致垂直。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述第二热交换器(32)沿着厚度方向(Y)限定厚度(t)，并且其中，所述厚度包括在40mm与150mm之间。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述压缩机(33)的排量包括在5cc与12cc之间。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述管(40)用铜、铝或两者的组合来实现。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述管的被包括在所述中央部分(60)中的所有区段的所述总的外部体积(TEV2)包括从200cc至600cc。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，所述第二热交换器沿着长度方向限定总长度(Lt)，所述端部部分位于所述中央部分(60)的沿着所述长度方向的相反侧处，所述总长度小于550mm。
12.根据前述权利要求中的任一项在从属于权利要求4时所述的干燥机(1)，其中，所述底座(24)包括上壳(24a)和下壳(24b)，所述底座过程空气管道由所述上壳和所述下壳形成。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，在所述热泵循环的稳定阶段中，所述制冷剂的高压包括在19巴与38巴之间。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的干燥机(1)，其中，在所述热泵循环的稳定阶段中，所述制冷剂的低压包括在7巴与17巴之间。
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