DE102005014842B4 - Temperature and pressure equalization of heat exchangers in tumble dryers and similar heat pump systems - Google Patents

Temperature and pressure equalization of heat exchangers in tumble dryers and similar heat pump systems Download PDF

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Abstract

In im Umluftbetrieb arbeitenden Kondensationswäschetrocknern können Wärmepumpen den Wirkungsgrad steigern. Vor Anfahren der Wärmepumpe werden die beiden Wärmetauscher mit Wasser geflutet, um einen schnellen Temperatur- und Druckausgleich zu gewährleisten und beim Kaltstart schneller den optimalen Arbeitspunkt der Wärmepumpe zu erreichen. Die Erfindung beschreibt den im Zusammenhang notwendigen Apparat sowie das entsprechende Verfahren.In condensation tumble dryers operating in recirculation mode, heat pumps can increase efficiency. Before the heat pump starts up, the two heat exchangers are flooded with water to ensure quick temperature and pressure compensation and to reach the optimal working point of the heat pump more quickly when cold starting. The invention describes the apparatus necessary in the context and the corresponding method.

Description

Auf Grund des physikalischen Wirkprinzips einer Wärmepumpe im Kreislauf eines elektrisch betriebenen Kondenswäschetrockners reduziert sich vorteilhaft der Stromverbrauch eines Wäschetrockners um etwa 50%. Neben der Kosteneinsparung für Elektroenergie für den individuellen Anwender hat die Anwendung solcher Geräte auch gesamtökologische und volkswirtschaftliche Vorteile.Due to the physical operating principle of a heat pump in the circuit of an electrically operated condenser dryer advantageously reduces the power consumption of a clothes dryer by about 50%. In addition to the cost savings for electric energy for the individual user, the use of such devices also has overall environmental and economic benefits.

Es sind Wäschetrockner für den Betrieb in Privathaushalten bekannt. Weiter sind Wäschetrockner bekannt, welche im Umluftverfahren arbeiten und einen Wärmetauscher aufweisen, welcher nach dem Prinzip der Kondensation der Luft Feuchte entzieht. Vorteilhaft haben Wäschetrockner mit Zu- und Abluft einen geringeren Energiebedarf als Kondensationswäschetrockner. Um den Wirkungsgrad von Kondensationswäschetrocknern maßgeblich zu erhöhen, sind solche bekannt, welche mit einer Wärmepumpe arbeiten. Damit wird der Wirkungsgrad des Wäschetrockners noch einmal verbessert. Folgenden Druckschriften ist der Stand der Technik zu entnehmen:
DE 100 02 743 A1
DE 37 38 031 C2
DE 296 19 342 U1
EP 04 68 573 A1 Dryers are known for use in private households. Furthermore, clothes dryers are known which operate in the recirculation method and have a heat exchanger which extracts moisture according to the principle of condensation of air. Tumble dryers with incoming and outgoing air advantageously have a lower energy requirement than condensation tumble dryers. In order to increase the efficiency of condensation laundry driers significantly, those are known which work with a heat pump. This improves the efficiency of the tumble dryer once again. The following documents refer to the prior art:
DE 100 02 743 A1
DE 37 38 031 C2
DE 296 19 342 U1
EP 04 68 573 A1

Das grundsätzliche Verfahren, den Wirkungsgrad eines Wäschetrockners mit Hilfe einer Wärmepumpe zu erhöhen, ist Stand der Technik.The basic method of increasing the efficiency of a tumble dryer by means of a heat pump is state of the art.

Nachteilig beim wärmepumpebetriebenen Wäschetrockner sind folgende Punkte:

  • 1. Der Neustart des Trockners nach Ablauf eines Trocknungsprogramms kann erst nach mehrminütiger Wartezeit erfolgen, weil sich im Wärmepumpensystem zunächst ein Druckausgleich und dann das Abfallen des Gesamtsystemdrucks einstellen muss. Zu frühes Einschalten (wenn überhaupt möglich) kann Komponenten der Wärmepumpe schädigen.
  • 2. Bei einem kurzzeitigen Stromausfall während des Trocknungsvorgangs schaltet der Kompressor der Wärmepumpe ab, um unmittelbar danach wieder einen Startversuch zu machen. Weil er bei vorhergehendem, längeren Betrieb (z. B. 45 Minuten) nicht gegen den hohen Anlagensystemdruck anlaufen kann, schaltet er sich über ein internes Sicherheitsorgan für mehrere Minuten ab. Dieses Verhalten verzögert den Trocknungsvorgang nicht unerheblich, wobei der Versuch des Anlaufens gegen zu hohen Anlagensystemdruck die Lebensdauer des Kompressors verkürzt.
The disadvantage of the heat pump-driven tumble dryer are the following points:
  • 1. The restart of the dryer at the end of a drying program can only take place after several minutes of waiting time, because in the heat pump system first a pressure equalization and then the fall of the total system pressure must be set. Switching on too early (if at all possible) can damage components of the heat pump.
  • 2. In the event of a momentary power failure during the drying process, the compressor of the heat pump will switch off immediately to start again. Because he can not start up against the high system pressure during previous, longer operation (eg 45 minutes), he switches off via an internal security device for several minutes. This behavior delays the drying process not insignificant, the attempt to run against excessive system pressure system shortens the life of the compressor.

Erfindungsgemäß wird eine vorteilhafte und neue Betriebsmethode vorgeschlagen, welche den Vorteil des elektrischen Wirkungsgrades ausschöpft und die vorbeschriebenen Nachteile umgeht, indem die Druckverhältnisse im Wärmepumpensystem schneller als heute üblich in den idealen Anfahrzustand gebracht werden.According to the invention, an advantageous and new method of operation is proposed, which exploits the advantage of electrical efficiency and bypasses the disadvantages described above by the pressure ratios in the heat pump system are brought faster than usual today in the ideal starting state.

Die Erfindung schlägt vor, dass vor dem Start des Kompressors die beiden im System vorhandenen Wärmetauscher (Verdampfer und Verflüssiger) mit Wasser geflutet werden.The invention proposes that before the start of the compressor, the two existing in the system heat exchanger (evaporator and condenser) are flooded with water.

Wasser hat eine höhere thermische Kapazität als Luft und eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit.Water has a higher thermal capacity than air and a much higher thermal conductivity.

Den prinzipiellen Zusammenhang beschreibt 1.The basic context describes 1 ,

Dabei ist:

  • 2 = Verdampfer (kalter Teil der Wärmepumpe)
  • 3 = Verflüssiger (warmer Teil der Wärmepumpe)
  • 11 = Verteilvorrichtung für Wasser
Where:
  • 2 = Evaporator (cold part of the heat pump)
  • 3 = Condenser (warm part of the heat pump)
  • 11 = Distribution device for water

Das Funktionsprinzip (vgl. 2) einer Wärmepumpe im Wäschetrockner ist wie folgt:
Der Kompressor (1) saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Verdampfer (2) an und drückt selbiges über eine Rohrleitung in den Verflüssiger (3). Hier kann das unter hohem Druck stehende Kältemittel Wärme an den Luftkreislauf abgeben. An der Austrittsseite des Verflüssigers (3) befindet sich ein Expansionsorgan (4), welches flüssiges Kältemittel in den Verdampfer (2) fördert. Im Verdampfer (2) siedet das flüssige Kältemittel bei niedrigem Druck, wodurch die Oberfläche des Verdampfers (2) abkühlt. Das am Ende dampfförmige Kältemittel wird durch den Kompressor (1) angesaugt und wieder in den Kreislauf gebracht.The functional principle (cf. 2 ) of a heat pump in the tumble dryer is as follows:
The compressor ( 1 ) draws gaseous refrigerant from the evaporator ( 2 ) and presses the same via a pipe in the condenser ( 3 ). Here, the high pressure refrigerant can deliver heat to the air circuit. At the outlet side of the condenser ( 3 ) is an expansion organ ( 4 ), which liquid refrigerant in the evaporator ( 2 ) promotes. In the evaporator ( 2 ) boils the liquid refrigerant at low pressure, causing the surface of the evaporator ( 2 ) cools down. The final vapor refrigerant is passed through the compressor ( 1 sucked and brought back into the circulation.

Zur Funktion in einem Wäschetrockner wird der Verflüssiger (3) in Luftrichtung hinter den Verdampfer (2) geschaltet. Auf diese Weise kann der Lüfter (5) warme Luft ansaugen und über den Trommeleinblaskanal (6) in die mit feuchter Wäsche beladene Wäschetrommel (7) einblasen. Beim Kontakt mit der feuchten Wäsche nimmt die warme Luft Wasser auf.For operation in a tumble dryer, the condenser ( 3 ) in the direction of air behind the evaporator ( 2 ). This way the fan ( 5 ) suck warm air in and over the drum inlet channel ( 6 ) into the laundry drum loaded with damp laundry ( 7 ). Upon contact with the wet laundry, the warm air absorbs water.

Über den Trommelausblaskanal (8) gelangt die jetzt feuchtwarme Luft auf den kälteren Verdampfer (2). Hier unterschreitet sie den Taupunkt, wobei Wasser ausfällt. Das ausgefällte Wasser wird in einer Auffangvorrichtung (9) gesammelt. Die abgekühlte und entfeuchtete Luft gelangt nach dem Verdampfer (2) zum Verflüssiger (3), wo sie aufgeheizt wird.Via the drum exhaust duct ( 8th ), the now moist and warm air reaches the colder evaporator ( 2 ). Here it falls below the dew point, where water fails. The precipitated water is collected in a collecting device ( 9 ) collected. The cooled and dehumidified air reaches the evaporator ( 2 ) to the liquefier ( 3 ), where it is heated up.

Während des Betriebs entsteht zwischen Verflüssiger (3) und Verdampfer (2) ein hoher Druckunterschied, der sich nach Abschalten des Kompressors (1) nur langsam angleicht. Nach einem kurzzeitigen Stromausfall oder einem schnell aufeinander folgenden Ab- und Einschaltvorgang des Trockners kann der Kompressor (1) der Wärmepumpe nicht gegen den hohen Betriebsdruck des Systems anlaufen. Er schaltet sich über sein internes Sicherheitsorgan (Schutz gegen Überlast) ab, um dann erst etliche Minuten später wieder seinen Betrieb aufzunehmen. Der Kompressor (1) kann hierbei Schaden nehmen. Der Trocknungsvorgang wird verlängert. Vorteilhaft vermeidet die Lehre dieser Erfindung diese Nachteile.During operation, a condenser (between 3 ) and evaporators ( 2 ) a high pressure difference, which occurs after switching off the compressor ( 1 ) just slowly adjust. After a momentary power failure or a fast sequential shutdown and switch-on of the dryer, the compressor ( 1 ) of the heat pump not against the high operating pressure of the system. He switches off via his internal security device (protection against overload), only to resume operation several minutes later. The compressor ( 1 ) can be damaged. The drying process is extended. Advantageously, the teaching of this invention avoids these disadvantages.

Erfindungsgemäß werden im Falle eines kurzzeitigen Netzausfalls oder der Abschaltung des Trockners oder generell vor dem Start der Wärmepumpe Verdampfer (2) und Verflüssiger (3) über eine entsprechende Ablaufvorrichtung mit Wasser geflutet. Dies hat die Folge, dass der Druckausgleich zwischen Verdampfer- und Verflüssigerseite stark beschleunigt wird, weil die hohe thermische Kapazität des Wassers einen schnellen Temperaturausgleich der beiden Wärmetauscher bewirkt. Der Kompressor (1) kann unbeschadet sofort wieder gestartet werden. Der Ablauf folgt prinzipiell der 3:
Dabei ist:

  • 1 = Der Betrieb
  • 2 = Die Unterbrechung durch Stromausfall
  • 3 = Die Flutung der Wärmetauscher
  • 4 = Der Weiterbetrieb
According to the invention, in the event of a short-term power failure or the shutdown of the dryer or generally before the start of the heat pump evaporator ( 2 ) and liquefier ( 3 ) is flooded with water via a corresponding drainage device. This has the consequence that the pressure equalization between evaporator and condenser side is greatly accelerated, because the high thermal capacity of the water causes a rapid temperature compensation of the two heat exchangers. The compressor ( 1 ) can be restarted immediately without damage. The procedure follows in principle the 3 :
Where:
  • 1 = The operation
  • 2 = The interruption due to power failure
  • 3 = The flooding of the heat exchangers
  • 4 = The continued operation

Wenn unmittelbar nach Ende eines Trocknungsvorgangs ein weiterer Trocknungsvorgang gestartet werden soll, sind die Anlagendrücke des Wärmepumpensystems noch hoch und dabei weder vom Druck her ausgeglichen noch abgekühlt. Das problemlose Anlaufen des Kompressors (1) wird behindert und der Versuch des Anlaufs gegen die hohen Anlagendrücke wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer des Kompressors (1) und der Anlagenkomponenten aus.If a further drying process is to be started immediately after the end of a drying process, the system pressures of the heat pump system are still high and neither equalized nor cooled down by the pressure. The trouble-free starting of the compressor ( 1 ) is hindered and the attempt to start up against the high system pressures has a negative effect on the service life of the compressor ( 1 ) and the plant components.

Aus diesem Grund schlägt die Erfindung einen Ablauf wie in 4 und 5 vor.For this reason, the invention proposes a process as in 4 and 5 in front.

Dabei ist nach 4:

  • 1 = Der Kompressor
  • 12 = Druckleitung des Kompressors
  • 13 = Saugleitung des Kompressors
  • 3 = Verflüssiger
  • 2 = Verdampfer
  • 9 = Sammelvorrichtung für Wasser
  • 14 = Pumpe
  • 15 = Wasserführende Leitung
  • 16 = Kondenswassersammelbehälter
  • 10 = Organ zum Öffnen und Absperren des Wasserablaufs
  • 11 = Verteilervorrichtung für Wasser
It is after 4 :
  • 1 = The compressor
  • 12 = Pressure line of the compressor
  • 13 = Suction line of the compressor
  • 3 = Liquefier
  • 2 = Evaporator
  • 9 = Collecting device for water
  • 14 = Pump
  • 15 = Water-carrying pipe
  • 16 = Condensate collection tank
  • 10 = Organ to open and shut off the drainage
  • 11 = Distribution device for water

Der zeitliche Ablauf ist in 5 dargestellt.The timing is in 5 shown.

Dabei ist:

  • 1 = Der Betrieb
  • 2 = Abschaltpunkt der Wärmepumpe
  • 3 = Fluten der Wärmetauscher
  • 4 = Ende-Stellung des Trockners
Where:
  • 1 = The operation
  • 2 = Switch-off point of the heat pump
  • 3 = Floods of the heat exchangers
  • 4 = End position of the dryer

Es liegt im Trocknungsverfahren begründet, dass überwiegend feiner Textilstaub beim Trocknungsprozess entsteht und sich an diversen Oberflächen anlagert. Beim Fluten zum erfindungsgemäßen Zweck des Temperatur- und damit Druckausgleichs gelangt anhaftender Staub nachteilig in den Kondenswassersammelbehälter (16). Erfindungsgemäß wird daher ein Filter (17) vorgeschlagen, welcher sich nach 4 vor oder nach der Kondenswasserpumpe (14) befindet und zu Servicezwecken leicht entnommen und gereinigt werden kann. Der Aufbau ist in 6 beschrieben.It is due to the drying process that predominantly fine textile dust is produced during the drying process and accumulates on various surfaces. When flooding for the purpose of the invention temperature and pressure equalization adhering dust adversely in the condensate collection tank ( 16 ). According to the invention therefore a filter ( 17 ) proposed which after 4 before or after the condensate pump ( 14 ) and can be easily removed and cleaned for service purposes. The construction is in 6 described.

Dabei ist:

  • 1 = Der Kompressor
  • 12 = Druckleitung des Kompressors
  • 13 = Saugleitung des Kompressors
  • 3 = Verflüssiger
  • 2 = Verdampfer
  • 9 = Sammelvorrichtung für Wasser
  • 14 = Pumpe
  • 15 = Wasserführende Leitung
  • 16 = Kondenswassersammelbehälter
  • 10 = Organ zum Öffnen und Absperren des Wasserablaufs
  • 11 = Verteilervorrichtung für Wasser
  • 17 = Filter
Where:
  • 1 = The compressor
  • 12 = Pressure line of the compressor
  • 13 = Suction line of the compressor
  • 3 = Liquefier
  • 2 = Evaporator
  • 9 = Collecting device for water
  • 14 = Pump
  • 15 = Water-carrying pipe
  • 16 = Condensate collection tank
  • 10 = Organ to open and shut off the drainage
  • 11 = Distribution device for water
  • 17 = Filter

Weil nach Zwischenstopp oder nach Programmende des Trocknungsvorgangs der Neustart im Belieben des Nutzers ist und gelegentlich unmittelbar bevorstehend sein könnte, wird nach Ende jedes Trocknungsvorgangs obligatorisch ein Temperatur- und Druckausgleich wie vorstehend durchgeführt. Der zeitliche Ablauf entspricht dem von 5.Because after restarting or after the end of the drying process, the restart is at the user's discretion and occasionally could be imminent, temperature and pressure equalization are compulsorily performed at the end of each drying operation as above. The timing corresponds to that of 5 ,

Um den Wirkungsgrad der Wärmepumpe im Anfahrfall (Kalt-Start) zu verbessern, wird ein zeitlicher Ablauf nach 7 erfindungsgemäß vorgeschlagen. Um die thermische Energie aus dem im Kondenswassersammelbehälter (16) befindlichen Wasser der anlaufenden Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen, weil Wasser eine höhere thermische Enthalpie als Luft hat. Um dies auch für den ersten Trocknungsvorgang sicher zu stellen ist es notwendig, den dafür vorgesehenen Kondenswassersammelbehälter (16) vor Inbetriebnahme mit einer bestimmten Wassermenge zu füllen, welche ausreicht, um die beiden Wärmetauscher zu fluten.In order to improve the efficiency of the heat pump in the start-up case (cold start), a time lapse after 7 proposed according to the invention. To remove the thermal energy from the condensate collection tank ( 16 ) to provide available water of the incoming heat pump, because water has a higher thermal enthalpy than air. In order to ensure this also for the first drying process, it is necessary, the designated condensate collecting tank ( 16 ) before start-up with a certain amount of water, which is sufficient to flood the two heat exchangers.

Der zeitliche Ablauf ist in 7 dargestellt.The timing is in 7 shown.

Dabei ist:

  • 1 = Start des Trockners
  • 2 = Fluten
  • 3 = Betriebsablauf des Trocknungsvorgangs
Where:
  • 1 = Start of the dryer
  • 2 = Floods
  • 3 = Operation of the drying process

Die vorstehend beschriebene Erfindung kann in zahlreichen Varianten eingesetzt werden. Allen Varianten ist gemeinsam, dass Wasser auf Grund seiner gegenüber Luft höheren Enthalpie die Effektivität der Anlage erhöht und damit die Lebensdauer der anlagentechnischen Komponenten verlängert.The invention described above can be used in numerous variants. All variants have in common that water increases the effectiveness of the system due to its higher enthalpy to air and thus extends the life of the technical components.

Claims (6)

Apparat, vorzugsweise für die Trocknung von Wäsche, bei dem die Entfeuchtung der im Umluftbetrieb geförderten Luft durch Kondensation an einem Kühler erfolgt, welcher Teil einer Wärmepumpe ist, mit mindestens den Komponenten – Trommelmotor, – Lüfter (5), – Kompressor (1), – Verdampfer (2), – Verflüssiger (3), – elektrische Steuerung, – Auffangvorrichtung für Kondenswasser (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat eine elektrische Steuerung mit einem Programm zur Ansteuerung einer Pumpe (14) und/oder eines Organs (10) zum Öffnen und Verschließen einer wasserführenden Leitung aufweist, und dass nach Maßgabe des Programms mittels der Pumpe (14) und/oder des Organs (10) das sich im Kondenswassersammelbehälter (16) befindliche Wasser über die Wärmetauscher Verdampfer (2) und Verflüssiger (3) oder Teilbereiche derselben zum Zwecke des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem strömbar ist.Apparatus, preferably for the drying of laundry, in which the dehumidification of the air conveyed in recirculation mode takes place by condensation on a cooler which is part of a heat pump, comprising at least the components - drum motor, - fan ( 5 ), - compressor ( 1 ), - Evaporator ( 2 ), - liquefier ( 3 ), - electrical control, - collecting device for condensed water ( 9 ), characterized in that the apparatus comprises an electrical control with a program for controlling a pump ( 14 ) and / or an institution ( 10 ) for opening and closing a water-carrying line, and that in accordance with the program by means of the pump ( 14 ) and / or of the institution ( 10 ) located in the condensate collection tank ( 16 ) located water over the heat exchanger evaporator ( 2 ) and liquefier ( 3 ) or portions thereof for the purpose of temperature and pressure compensation in the heat pump system can be flowed. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Förderkreislauf der Pumpe (14) ein austauschbarer oder reinigbarer Filter (17) befindet.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the delivery cycle of the pump ( 14 ) a replaceable or cleanable filter ( 17 ) is located. Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, wenn ein vorübergehender Spannungsausfall ein Neuanfahren der Wärmepumpe erforderlich macht.Method using an apparatus according to claim 1, characterized in that the process of overflowing the heat exchanger ( 2 . 3 ) or portions thereof for the purpose of temperature and pressure equalization in the heat pump system is triggered when a temporary power failure makes a restart of the heat pump required. Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, wenn der Trocknungsprozess beendet ist.Method using an apparatus according to claim 1, characterized in that the process of overflowing the heat exchanger ( 2 . 3 ) or portions thereof for the purpose of temperature and pressure compensation in the heat pump system is triggered when the drying process is completed. Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, bevor der Trocknungsprozess beginnt.Method using an apparatus according to claim 1, characterized in that the process of overflowing the heat exchanger ( 2 . 3 ) or portions thereof for the purpose of temperature and pressure equalization in the heat pump system is then triggered before the drying process begins. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Abläufe für das Trocknen, das Fluten und die Pausenzeiten über Programmabläufe gesteuert werden, die programmtechnisch festgelegt sind.Method according to at least one of Claims 3, 4 or 5, characterized in that the said processes for drying, flooding and pause times are controlled by program sequences which are defined by the program.
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