-
Die Erfindung betrifft ein Hausgerät mit einer Trocknungskammer zur Aufnahme von zu trocknendem Gut, einem Prozessluftkreislauf zum Führen von erwärmter Prozessluft durch die Trocknungskammer, zum Abkühlen der Prozessluft zwecks Wasserentzugs und zum Wiederaufheizen der Prozessluft, einem Wärmepumpenkreislauf zum Führen eines Mediums durch einen Kondensator, ein Drosselorgan, einen Verdampfer und einen Kompressor zurück zum Kondensator, wobei mit dem Kondensator die Prozessluft erwärmbar und mit dem Verdampfer die Prozessluft abkühlbar ist, wobei das Hausgerät einen zusätzlichen Wärmetauscher aufweist, dessen erste Seite in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem Verflüssiger und dem Drosselorgan angeordnet ist.
-
Zur Effizienzsteigerung einer Wärmepumpe in Hausgeräten zum Trocknen feuchter Güter, insbesondere Wäschetrocknern sind bisher verschiedene Ansätze bekannt:
So ist eine Effizienzsteigerung mittels einer Optimierung von Wärmetauschern der Wärmepumpe bezüglich einer Größe einer wirksamen Oberfläche, eines Wärmeübergangs, eines Druckverlusts für ein verwendetes Kältemittel bei einem Durchgang durch die Kältemittelrohre oder bezüglich eines Druckverlusts für Prozessluft bei einem Durchgang durch die Wärmetauscher bekannt. Auch ist eine Effizienzsteigerung mittels einer Optimierung des Aufbaus des Kältekreislaufs bezüglich einer Art und Füllmenge des Kältemittels bekannt. Ferner ist eine Effizienzsteigerung mittels einer Optimierung der Parameter einer Druckminderungseinrichtung (Drossel) zwischen einem Verflüssiger und einem Verdampfer bezüglich einer Länge, eines Durchmessers einer Kapillare oder einer Auswahl zwischen einem thermostatischen oder einem geregelten Expansionsventil bekannt. Zudem ist eine Effizienzsteigerung mittels einer Optimierung einer Auswahl eines Verdichters bezüglich eines Funktionsprinzips (z. B. Rollkolben gegen Hubkolben), bezüglich eines Verdichtungsvolumens oder einer Drehzahlregelung bekannt. Darüber hinaus ist eine Effizienzsteigerung mittels einer Zusatzkühlung des Kältekreislaufes mit dem Ziel bekannt, Überhitzungen zu verhindern, die zum druck- bzw. temperaturbedingten Abschalten des Verdichters führen, um die Trocknungszeit nicht zu verlängern und damit den Energieverbrauch gering zu halten.
-
EP 1 884 586 A2 betrifft Hausgerät der eingangs genannten Art, namentlich einen Wäschetrockner, das mit einem Wärmepumpenkreislauf ausgestattet ist, um die Prozessluft zu kühlen und zu heizen. Im Wärmepumpenkreislauf ist ein Zusatzwärmetauscher zwischen dem Kondensator und dem Drosselorgan angeordnet. An dieser Stelle ist die Temperatur relativ hoch, was die Effizienz des Zusatzwärmetauschers verbessert. Zudem wird durch den Zusatzwärmetauscher das Temperaturgefälle zwischen Verdampfer und Kondensator erhöht, was es erlaubt, der Prozessluft mehr Wasser zu entziehen. Nachteilig hierbei ist, dass der Zusatzwärmetauscher zur Temperatureinstellung des Kühlmittels durch Umgebungsluft luftgekühlt wird, wozu ein erheblicher Regelungsaufwand getrieben wird und zudem Temperatursensoren benötigt werden. Auch wird ein offener Luftkanal benötigt, welcher bei beengten Stellverhältnissen ohne Abluftmöglichkeit nach Außen störend wirken kann.
-
WO 2008/086933 A1 betrifft ein Hausgerät mit einer Trocknungskammer für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände geführt werden kann, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, wobei sich im Wärmepumpenkreis zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer ein zusätzlicher Wärmetauscher befindet, welcher mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher funktionell gekoppelt ist. Der zusätzliche Wärmetauscher kann in einem Prozessluftkanal zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger angeordnet sein.
-
Für Wärmepumpenanlagen ist vorgeschlagen worden (siehe den Aufsatz
"Kältemittel-Kondensatoren für Wärmepumpen" von Paul Paikert im Buch: Wärmepumpen, Vulkan-Verlag, Essen 1978, Seite 45 bis 49), das Kältemittelkondensat durch einen inneren Wärmetausch zu unterkühlen und den Nachteil des überhitzten Kältemitteldampfes dadurch auszugleichen, dass die Überhitzungswärme des Kältemitteldampfes über einen zusätzlichen dem Verdichter nachgeschalteten Wärmetauscher an den Heizmittelkreislauf abgeführt wird.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Energieverbrauch eines Hausgeräts durch eine Verbesserung einer Leistungszahl der Wärmepumpe zu senken.
-
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen und/oder der Beschreibung entnehmbar.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Hausgerät mit einer Trocknungskammer zur Aufnahme von zu trocknendem Gut, einem Prozessluftkreislauf zum Führen von erwärmter Prozessluft durch die Trocknungskammer, zum Abkühlen der Prozessluft zwecks Wasserentzugs und zum Wiederaufheizen der Prozessluft, einem Wärmepumpenkreislauf zum Führen eines Mediums durch einen Verflüssigen oder Kondensator, ein Drosselorgan, einen Verdampfer und einen Verdichter oder Kompressor zurück zum Verflüssigen, wobei mit dem Verflüssigen die Prozessluft erwärmbar und mit den Verdampfer die Prozessluft abkühlbar ist, wobei das Hausgerät einen (ersten) zusätzlichen Wärmetauscher aufweist, dessen erste Seite in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem Verflüssigen und dem Drosselorgan angeordnet ist. Die zweite Seite des zusätzlichen Wärmetauschers ist in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem Verdampfer und dem Verdichter angeordnet. Dadurch strömen flüssiges und verdampftes Kältemittel durch den zusätzlichen Wärmetauscher. Dabei wird das Kältemittelkondensat weiter gekühlt und der Kältemitteldampf überhitzt. Wegen der Unterkühlung des Kältemittelkondensats verringert sich der Massestrom des umlaufenden Kältemittels, wodurch sich das zu verdichtende Dampfvolumen verkleinert. Die Kompressorleistung kann kleiner ausfallen, oder bei gleicher Verdichtungsleistung ist die Kälteleistung des Systems höher.
-
Es ist eine Ausgestaltung, dass der zusätzliche Wärmetauscher ein Gegenstrom-Wärmetauscher ist. Dadurch lässt sich ein maximaler Temperaturübertrag erreichen.
-
Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass das Hausgerät einen weiteren (zweiten) zusätzlichen Wärmetauscher aufweist, dessen erste Seite in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher und dem Verdichter (Ansaugbereich des Verdichters) angeordnet ist und dessen zweite Seite von Luft durchströmbar ist. Der weitere zusätzliche Wärmetauscher kann somit als ein Flüssigkeits/Luft-Wärmetauscher ausgestaltet sein. Auf diese Weise lässt sich ein durch den (ersten) zusätzlichen Wärmetauscher erzeugter erhöhter Volumenstrom des überhitzten Kältemitteldampfs im Ansaugbereich des Verdichters, infolge dessen bei höherer Verdichtereintrittstemperatur eine größere spezifische Arbeit aufwendet werden muss, reduzieren. So wiederum wird die Energieeffizienz weiter gesteigert.
-
Allgemein kann die durch die zweite Seite des weiteren zusätzlichen Wärmetauschers geführte Luft eine Kühlluft sein. Dazu kann der Trockner beispielsweise einen bezüglich einer Umgebung des Trockners offenen, ggf. mit einem Gebläse ausgestatteten, Luftkanal aufweisen, wobei die zweite Seite des zusätzlichen Wärmetauschers in dem offenen Luftkanal angeordnet ist. So kann Abwärme von dem weiteren zusätzlichen Wärmetauscher als erwärmte Abluft ausgeblasen werden.
-
Es ist jedoch eine für eine Erhöhung der Effizienz der Wärmepumpe vorteilhafte Ausgestaltung, dass die zweite Seite des weiteren zusätzlichen Wärmetauschers in dem Prozessluftkreislauf angeordnet ist und dort die Prozessluft erwärmen kann.
-
Dazu ist es eine besonders vorteilhafte bevorzugte Ausgestaltung, dass die zweite Seite des weiteren zusätzlichen Wärmetauschers in dem Prozessluftkreislauf vor dem Verflüssiger angeordnet ist, und zwar insbesondere im Wesentlichen unmittelbar. So kann ein hoher Wärmeübertrag von dem überhitzen Kältemitteldampf auf die Prozessluft und ein besonders guter Wirkungsgrad erreicht werden.
-
Es ist ferner eine bevorzugte Ausgestaltung, dass die zweite Seite des weiteren zusätzlichen Wärmetauschers über einen Luftkanal mit einer ersten Seite eines dritten Wärmetauscher lufttechnisch gekoppelt ist, wobei eine zweite Seite des dritten Wärmetauschers in den Prozessluftkreislauf eingekoppelt ist. Dies ergibt den Vorteil, dass der Wärmepumpenkreislauf und der Prozessluftkreislauf weitgehend räumlich voneinander entkoppelt verlegt werden können und sich dennoch ein ausreichend hoher Wärmeübertrag von dem überhitzen Kältemitteldampf auf die Prozessluft ergibt.
-
Alternativ kann statt des Luftkanals auch ein Flüssigkeitskanal verwendet werden. Der zweite zusätzliche Wärmetauscher ist dann ein Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher, und der Wärmetauscher ist ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher. Die Verwendung eines Flüssigkeitskanals weist den Vorteil einer verstärkten Wärmeübertragung insbesondere auch bei großen Entfernungen auf.
-
Es ist noch eine bevorzugte Ausgestaltung, dass der Wärmepumpenkreislauf zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher und dem Verdichter luftkühlbar ist, z. B. mittels eines Gebläses. Der Wärmepumpenkreislauf kann für eine hohe Wärmeabfuhr in diesem Abschnitt mit einer Kühlstruktur ausgerüstet sein, z. B. mit Kühlrippen, Kühlstiften usw. So kann der Aufbau des Wärmepumpenkreislaufs und des Prozessluftkreislaufs noch freier gestaltet werden. Auch ist eine bauliche Anpassung gering.
-
Es ist auch eine bevorzugte Ausgestaltung, dass das Hausgerät mindestens einen Temperatursensor zum Abfühlen einer Temperatur eines Kältemittels in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher und dem Verdichter oder einer damit korrelierten Größe aufweist, und dass der mindestens eine Temperatursensor funktional mit einer Steuereinheit des Hausgeräts gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, eine Kühlung des Wärmepumpenkreislaufs zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher und dem Verdichter auf der Grundlage der abgefühlten Temperatur einzustellen. Die Kühlung kann beispielsweise bei einem mit dem weiteren zusätzlichen Wärmetauscher über einen Luftkanal gekoppelten dritten Wärmetauscher durch eine Einstellung eines Strömungsquerschnitts des Luftkanals geschehen, z. B. über geeignete Ventile oder Klappen. Die Kühlung kann bei einer Luftkühlung zum Beispiel über eine Leistung eines Gebläses eingestellt werden.
-
Allgemein kann ein Wärmeübertrag z. B. von dem weiteren zusätzlichen Wärmetauscher oder dem dritten Wärmetauscher auf den Prozessluftkanal durch eine entsprechende Ausgestaltung des Prozessluftkanals mit einer Wärmeabgabestruktur (Rippen, Lamellen, Stifte usw. ähnlich einer Kühlkörperstruktur) erreicht werden.
-
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Hausgeräts sieht vor, dass das Hausgerät ein Wäschetrocknungsgerät, insbesondere also ein Wäschetrockner ist. Dabei ist weiter bevorzugt die Trocknungskammer eine Trommel zur Aufnahme von zu trocknender Wäsche, womit sich die Anwendung der Erfindung in einem insoweit herkömmlich gestalteten und zu benutzenden Wäschetrockner erschließt.
-
Im Rahmen der Erfindung liegen selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen des Hausgeräts, insbesondere Ausgestaltungen als Waschtrockner (Kombination aus Waschmaschine und Wäschetrockner, die Wäsche sowohl waschen als auch trocknen kann) und Geschirrspülmaschine.
-
In den Figuren der beigefügten Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt, und nachfolgend sind diese Ausführungsbeispiele genauer beschrieben. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Wärmepumpenkreislaufs und eines Prozessluftkreislaufs eines Hausgeräts in Form eines Wäschetrockners gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
-
2 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Wärmepumpenkreislaufs und eines Prozessluftkreislaufs eines erfindungsgemäßen Wäschetrockners gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
-
3 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Wärmepumpenkreislaufs und eines Prozessluftkreislaufs eines Wäschetrockners gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Prozessluftkreislaufs P (mittels der durchgezogenen Pfeile angedeutet) und eines Kältemittelkreislaufs oder Wärmepumpenkreislaufs K (mittels der gepunkteten Pfeile angedeutet) eines Wäschetrockners W1.
-
Der Wäschetrockner W1 besitzt eine Trommel 1 zur Aufnahme von zu trocknender Wäsche. In dem Prozessluftkreislauf P wird erwärmte Prozessluft durch die Trommel 1 geleitet, sodann abgekühlt und danach wieder aufgeheizt und zurück in die Trommel 1 geführt.
-
In dem Wärmepumpenkreislauf K wird Kältemittel von einem Kompressor oder Verdichter 2 zu einem Kondensator oder Verflüssiger 3 gefördert, dann über ein Drosselorgan 4, z. B. in Form einer Kapillare oder eines Expansionsventils, zu einem Verdampfer 5 und dann wieder zurück zu dem Kompressor 2. Der Verdampfer 5 dient dazu, die Prozessluft abzukühlen und ihr auf diese Weise Wasser zu entziehen, während der Kondensator oder Verflüssiger 3 dazu dient, die Prozessluft wieder zu erwärmen, so dass sie neues Wasser aufnehmen kann.
-
In dem Prozessluftkreislauf, insbesondere vor der Trommel 1, kann eine optionale elektrische Zusatzheizung (Startheizung) 6 vorgesehen sein, welche es erlaubt, der Prozessluft gezielt Wärme zuzuführen, z. B. beim Starten des Wäschetrockners W1, oder sie kann verwendet werden, um das Temperaturniveau im Prozesskreislauf allgemein anzuheben. Ein Gebläse 7 dient zum Umpumpen der Prozessluft.
-
Der Wäschetrockner W1 weist darüber hinaus einen zusätzlichen Wärmetauscher 8 auf, dessen erste (oder eine) Seite in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem Verflüssiger 3 und dem Drosselorgan 4 angeordnet ist und dessen zweite (oder andere) Seite in dem Wärmepumpenkreislauf zwischen dem Verdampfer 5 und dem Verdichter 2 angeordnet ist. Dadurch strömen flüssiges Kältemittel (Kältemittelkondensat) und verdampftes Kältemittel (Kältemitteldampf) durch den zusätzlichen Wärmetauscher 8. Dabei wird das Kältemittelkondensat weiter gekühlt und der Kältemitteldampf überhitzt. Wegen der Unterkühlung des Kältemittelkondensats verringert sich der Massestrom des umlaufenden Kältemittels, wodurch sich das zu verdichtende Dampfvolumen verkleinert. Die Leistung des Verdichters 2 kann kleiner ausfallen, oder bei gleicher Verdichtungsleistung ist die Kälteleistung des Systems höher. Der zusätzliche Wärmetauscher 8 ist als ein Gegenstrom-Wärmetauscher ausgestaltet, um einen hohen Temperaturübertrag zu erreichen.
-
Der Wäschetrockner W1 kann unabhängig von dem in dem Wärmepumpenkreislauf eingesetzten Medium eingesetzt werden. Das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet z. B. mit R134a, das gleiche Prinzip kann bei einer entsprechenden Dimensionierung aber z. B. auch bei einem CO2-Kreislauf eingesetzt werden
-
2 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Prozessluftkreislaufs P (mittels der durchgezogenen Pfeile angedeutet) und eines Wärmepumpenkreislaufs (mittels der gepunkteten Pfeile angedeutet) eines weiteren Wäschetrockners W2.
-
Der Wäschetrockner W2 gleicht dem Wäschetrockner W1 und weist darüber hinaus einen weiteren, zweiten zusätzlichen Wärmetauscher 9 auf, dessen erste (oder eine) Seite zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher 8 und dem Verdichter 2 angeordnet ist und dessen zweite Seite von Luft durchströmbar ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Seite des weiteren zusätzlichen Wärmetauschers 9 in dem Prozessluftkreislauf P vor dem Verflüssigen 3 angeordnet, um die Prozessluft besonders wirksam aufheizen und das Kältemittel besonders wirksam kühlen zu können So wird ein hoher Wärmeübertrag von der hohen Temperatur des überhitzen Kältemitteldampfes auf die Prozessluft und ein besonders guter Wirkungsgrad erreicht.
-
3 zeigt ein Blockdiagramm von Komponenten eines Prozessluftkreislaufs P (mittels der durchgezogenen Pfeile angedeutet) und eines Wärmepumpenkreislaufs (mittels der gepunkteten Pfeile angedeutet) noch eines weiteren Wäschetrockners W3. Im Gegensatz zu dem Wäschetrockner W2 ist die Luftseite des zweiten zusätzlichen Wärmetauscher 9 nun über einen Luftkanal 10 mit einer Seite eines dritten Wärmetauschers in Form eines Luft-Luft-Wärmetauschers 11 gekoppelt. Die zweite Seite des Luft-Luft-Wärmetauschers 11 wird von der Prozessluft des Prozessluftkanals P durchströmt. Der Luft-Luft-Wärmetauschers 11 ist also in den Prozessluftkanal P eingekoppelt.
-
Zudem ist der Wäschetrockner W3 nun mit einem Temperatursensor 12 zum Abfühlen einer Temperatur eines Kältemittels in dem Wärmepumpenkreislauf K zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher 9 und dem Verdichter 2 oder einer damit korrelierten Größe ausgerüstet. Der Temperatursensor 12 ist funktional mit einer Steuereinheit 13 des Wäschetrocknungsgeräts W3 gekoppelt, wobei die Steuereinheit 13 dazu eingerichtet ist, einen Kühlung des Wärmepumpenkreislaufs K zwischen dem zusätzlichen Wärmetauscher 9 und dem Verdichter 2 auf der Grundlage der abgefühlten Temperatur einzustellen. Die Kühlung kann beispielsweise durch eine Einstellung eines Strömungsquerschnitts des Luftkanals 10 geschehen, z. B. über geeignete Ventile oder Klappen (o. Abb.).
-
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt.
-
So kann statt eines Luftkanals 10 auch ein Flüssigkeitskanal verwendet werden. Der zweite zusätzliche Wärmetauscher 9 ist dann ein Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher, und der Wärmetauscher 11 ist ein Luft-Flüssigkeits-Wärmetauscher. Die Verwendung eines Flüssigkeitskanals weist den Vorteil einer verstärkten Wärmeübertragung insbesondere auch bei großen Entfernungen auf.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Trocknungskammer, Trommel
- 2
- Verdichter/Kompressor
- 3
- Verflüssigen/Kondensator
- 4
- Drosselorgan
- 5
- Verdampfer
- 6
- Zusatzheizung
- 7
- Gebläse
- 8
- zusätzlicher Wärmetauscher
- 9
- weiterer zusätzlicher Wärmetauscher
- 10
- Luftkanal
- 11
- Luft-Luft-Wärmetauscher
- 12
- Temperatursensor
- 13
- Steuereinheit
- W1
- Hausgerät, Wäschetrockner
- W2
- Hausgerät, Wäschetrockner
- W3
- Hausgerät, Wäschetrockner
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1884586 A2 [0003]
- WO 2008/086933 A1 [0004]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- ”Kältemittel-Kondensatoren für Wärmepumpen” von Paul Paikert im Buch: Wärmepumpen, Vulkan-Verlag, Essen 1978, Seite 45 bis 49 [0005]
