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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Hausgerät, wie beispielsweise ein Wäschebehandlungsgerät oder ein Heizungsgerät, mit einer Wärmepumpe.
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In elektronischen Haus(halts)geräten wie zum Beispiel Wäschetrocknern können zur Effizienzsteigerung Wärmepumpen zum Einsatz kommen. So offenbart zum Beispiel die
EP 0 197 132 B1 einen Wäschetrockner mit einem geschlossenen oder offenen Prozessluftkreislauf, der einen Kondensator der Wärmepumpe als Wärmequelle für die Prozessluft und einen Verdampfer der Wärmepumpe als Wärmesenke für die Prozessluft enthält. Der Arbeitsmittelkreislauf der Wärmepumpe wird von einem Kältemittel durchströmt, welches mittels eines Kompressors gefördert wird. Auch die
DE 10 2008 004 457 A1 zeigt einen Wäschetrockner mit einem offenen Luftkreislauf, der einen Kondensator der Wärmepumpe als Wärmequelle des Luftkreislaufs und einen Verdampfer der Wärmepumpe als Wärmesenke des Luftkreislaufs enthält.
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Sowohl für den Kompressor der Wärmepumpe als auch das Gebläse des Luftkreislaufes und die Wäschetrommel sind Antriebsvorrichtungen vorhanden, die als Drehzahl-, Drehmoment- oder Leistungssteller zum Beispiel jeweils einen Frequenzumrichter enthalten. Für jede dieser Antriebsvorrichtungen sind ein oder mehrere Kühlkörper vorgesehen, welche durch natürliche oder forcierte Konvektion Wärme abführen können, um die Antriebsvorrichtung bzw. deren Elektronik zu kühlen. Die insbesondere durch elektrische Verluste in den Antriebsvorrichtungen entstehende Wärme(energie) kann so an die Umgebung des Haus(halts)gerätes abgegeben werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Hausgerät mit einer Wärmepumpe mit einer verbesserten Energiebilanz zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektronisches Hausgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Das elektronische Hausgerät der Erfindung weist eine Wärmepumpe mit einem Arbeitsmittelkreislauf, einer Arbeitsmittel-Fördereinrichtung zum Fördern eines Arbeitsmittels durch den Arbeitsmittelkreislauf und einer Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung, sowie einen Nutzmittelkreislauf, der mit dem Arbeitsmittelkreislauf in Wärmeaustausch steht, um ein durch den Nutzmittelkreislauf strömendes Nutzmittel mittels des Arbeitsmittels zu erwärmen, auf, wobei die Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung der Wärmepumpe mittelbar oder unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf in Wärmeaustausch steht, um das Nutzmittel mit Hilfe einer Abwärme der Antriebsvorrichtung zu erwärmen.
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Durch ein mittelbares oder unmittelbares Zuführen der Abwärme(energie) der Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördervorrichtung in den Nutzmittelkreislauf geht die Abwärme nicht in die Umwelt verloren, sondern kann zum Erwärmen des Nutzmittels genutzt werden. Die Energiebilanz des gesamten Hausgerätes kann auf diese Weise verbessert werden.
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Ferner kann durch die Nutzung der Abwärme(energie) der Antriebsvorrichtung eine Leistung der Arbeitsmittel-Fördervorrichtung bei gleichbleibender Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf reduziert werden, wodurch die Energiebilanz des Hausgerätes weiter verbessert werden kann.
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Außerdem können auf diese Weise der Aufwand und die Kosten für eine Kühlung der Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördervorrichtung reduziert werden, da die im Hausgerät ohnehin vorhandenen Medien (z. B. Arbeitsmittel, Nutzmittel, etc.) für eine forcierte Kühlung der Antriebsvorrichtung genutzt werden können und somit große Kühlkörper (für eine natürliche Konvektion) oder zusätzliche Lüfter (für eine forcierte Konvektion) entfallen können.
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Bei dem Arbeitsmittel im Arbeitsmittelkreislauf der Wärmepumpe handelt es sich vorzugsweise um ein Kältemittel. Die Wärmepumpe weist vorzugsweise einen Kompressor als Arbeitsmittel-Fördereinrichtung auf.
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Bei dem Nutzmittel im Nutzmittelkreislauf handelt es sich – je nach Art des Hausgerätes – vorzugsweise um Luft oder Wasser. Der Nutzmittelkreislauf kann als ein offener Kreislauf oder ein geschlossener Kreislauf ausgestaltet sein. Das Nutzmittel wird mittels des Arbeitsmittels und der Abwärme der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung erwärmt, je nach Ausgestaltung des Hausgerätes zudem auch durch eine Umgebungswärmeenergie (z. B. der Luft aus der Umgebung des Hausgerätes).
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Die Arbeitsmittel-Fördereinrichtung ist vorzugsweise eine drehzahlgeregelte und/oder leistungsgeregelte Arbeitsmittel-Fördereinrichtung. Die Antriebsvorrichtung für die Arbeitsmittel-Fördereinrichtung weist vorzugsweise eine Antriebselektronik auf, welche bevorzugt einen Frequenzumrichter aufweist.
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Ein elektronisches Hausgerät bezeichnet in diesem Zusammenhang eine elektronische Vorrichtung oder ein elektronisches Gerät zum Einsatz in einem Gebäude. Das Hausgerät kann dabei innerhalb oder außerhalb des Gebäudes positioniert sein. Bei dem elektronischen Hausgerät handelt es sich vorzugsweise um ein Haushaltsgerät, bevorzugt um ein Wäschebehandlungsgerät wie einen Wäschetrockner oder eine Waschmaschine, oder um ein Heizungsgerät, bevorzugt zum Erwärmen von Heizwasser (Raumheizung) und/oder Brauchwasser (Warmwasser).
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens eine weitere Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Aggregats (z. B. Lüfter, Pumpe, Wäschetrommel, etc.) des Hausgerätes vorgesehen und steht auch diese weitere Antriebsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf in Wärmeaustausch, um das Nutzmittel mit Hilfe einer Abwärme(energie) der weiteren Antriebsvorrichtung zu erwärmen. Die Energiebilanz des Hausgerätes kann so noch weiter verbessert werden.
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Bei dieser Ausgestaltung weisen die Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung der Wärmepumpe und die wenigstens eine weitere Antriebsvorrichtung des Aggregats des Hausgerätes eine gemeinsame Antriebselektronik auf, wobei die gemeinsame Antriebselektronik mittelbar oder unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf in Wärmeaustausch steht. Aufgrund der effektiven Kühlmöglichkeit der Antriebsvorrichtungen bei dem Konzept der Erfindung können leistungsstärkere Antriebsvorrichtungen und Antriebselektroniken eingesetzt werden. Es besteht daher die Möglichkeit, eine leistungsstarke Antriebselektronik gemeinsam für mehrere Antriebsvorrichtungen zu nutzen und damit insgesamt eine kompaktere und kostengünstigere Bauweise des Hausgerätes zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung steht die Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung der Wärmepumpe – und ggf. auch die weitere Antriebsvorrichtung eines Aggregats des Hausgerätes – mit dem Nutzmittelkreislauf des Hausgerätes, einem Umgebungsmittelkreislauf des Hausgerätes und/oder dem Arbeitsmittelkreislauf der Wärmepumpe unmittelbar in Wärmeaustausch. Dabei kann die Antriebsvorrichtung wahlweise mit einer oder mehreren Komponenten des jeweiligen Kreislaufes und/oder mit einem Leitungssystem des jeweiligen Kreislaufes in Wärmeaustausch stehen. Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung direkt mit einer Komponente oder einer Leitung des jeweiligen Kreislaufes verbunden, beispielsweise an diese angeschweißt, um eine gute thermische Kopplung zu erzielen. Vorzugsweise ragt ein Kühlkörper der Antriebsvorrichtung in einen Strom des Nutzmittels, des Arbeitsmittels oder des Umgebungsmittels hinein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung mit einer Temperaturmessvorrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Arbeitsmittels im Arbeitsmittelkreislauf der Wärmepumpe verbunden und ist ausgestaltet, um die Arbeitsmittel-Fördereinrichtung in Abhängigkeit von der erfassten Arbeitsmitteltemperatur anzutreiben. Die Temperaturmessvorrichtung weist vorzugsweise einen oder mehrere Temperatursensoren auf, welche vorzugsweise an unterschiedlichen Stellen des Arbeitsmittelkreislaufes positioniert sind. Die Temperatursensoren sind ausgestaltet und angeordnet, um die Temperatur des Arbeitsmittels direkt oder indirekt zu erfassen. Durch die Temperaturerfassung des Arbeitsmittels können vorzugsweise eine Überhitzung und eine „Unterkühlung” (Gefrierung) des Arbeitsmittels und auch des Nutzmittels verhindert werden. Außerdem kann durch die Temperaturerfassung des Arbeitsmittels vorzugsweise die Förderleistung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung reduziert werden, wenn das Arbeitsmittel mit Hilfe der Abwärme der Antriebsvorrichtung der Arbeitsmittel-Fördereinrichtung zusätzlich erwärmt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Nutzmittelkreislauf einen Kondensator der Wärmepumpe als Wärmequelle und einen Verdampfer der Wärmepumpe als Wärmesenke. Die Wärmepumpe ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise als Luft-Luft-Wärmetauscher ausgebildet.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält der Nutzmittelkreislauf einen Kondensator der Wärmepumpe als Wärmequelle und enthält ein von dem Nutzmittelkreislauf fluidisch getrennter Umgebungsmittelkreislauf einen Verdampfer der Wärmepumpe als Wärmesenke. Die Wärmepumpe ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise als Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmetauscher ausgebildet.
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Die Begriffe Wärmequelle und Wärmesenke werden in diesem Zusammenhang jeweils bezogen auf den Nutzmittelkreislauf verwendet. D. h. das Nutzmittel wird an der Wärmequelle erwärmt und an der Wärmesenke gekühlt. Bezogen auf den Arbeitsmittelkreislauf wirken diese Komponenten gerade umgekehrt, d. h. die Wärmequelle des Nutzmittelkreislaufs bildet die Wärmesenke des Arbeitsmittelkreislaufs, an der das Arbeitsmittel abgekühlt wird, und die Wärmesenke des Nutzmittelkreislaufs bildet die Wärmequelle des Arbeitsmittelkreislaufs, an der das Arbeitsmittel erwärmt wird.
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Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
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1 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Energiebilanz eines elektronischen Hausgerätes der Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsvariante;
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2 eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Energiebilanz eines elektronischen Hausgerätes der Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsvariante;
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3 eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus eines elektronischen Hausgerätes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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4 eine vereinfachte Darstellung des Aufbaus eines elektronischen Hausgerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Das Grundkonzept der Erfindung wird zunächst Bezug nehmend auf 1 näher veranschaulicht.
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Einer Wärmepumpe 20 eines Hausgerätes wie beispielsweise eines Wäschetrockners wird Umweltwärme(energie) A zum Beispiel in Form eines Luftstroms aus der Umgebung zugeführt. Die Wärmepumpe 20 enthält u. a. eine Antriebsvorrichtung 40a, welche zum Beispiel einen Frequenzumrichter aufweist und eine Arbeitsmittel-Fördereinrichtung antreibt, und erzeugt eine Nutzwärme(energie) C zum Beispiel in Form eines erwärmten Luftstroms oder eines Heizwassers.
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Die Antriebsvorrichtung 40a der Wärmepumpe 20 wird mit elektrischer Energie B versorgt. Insbesondere durch elektrische Verluste erzeugt die Antriebsvorrichtung 40a im Betrieb mehr oder weniger Abwärme(energie) D, welche dem Hausgerät bei einer herkömmlichen Konstruktion als Verlustwärme(energie) an die Umgebung verloren geht.
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Wie in 1 durch die gestrichelten Linien veranschaulicht, wird die Abwärme D der Antriebsvorrichtung 40a bei dem erfindungsgemäßen Hausgerät jedoch wieder mittelbar oder unmittelbar zur (zusätzlichen) Erwärmung des Nutzmittels verwendet, d. h. der Nutzwärme C zugeführt. Dies geschieht beispielsweise durch einen Wärmeaustausch mit dem Nutzmittelkreislauf, dem Arbeitsmittelkreislauf der Wärmepumpe und/oder dem Umgebungsmittelkreislauf.
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Durch die Rückführung der Abwärme der Antriebsvorrichtung 40a zum System können verschiedene Vorteile erzielt werden. Insbesondere lässt sich die gesamte Energiebilanz des jeweiligen Hausgerätes verbessern. Außerdem können Maßnahmen zum Kühlen der Antriebsvorrichtung 40a entfallen oder zumindest einfacher ausgestaltet werden.
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In der Ausführungsvariante von 2 kann die Energiebilanz des jeweiligen Hausgerätes im Vergleich zur obigen ersten Ausführungsvariante noch weiter verbessert werden.
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Wie in 2 dargestellt, weist das Hausgerät wenigstens ein weiteres Aggregat 12, 24 (zum Beispiel Gebläse oder Pumpe im Nutzmittelkreislauf, Wäschetrommel, etc.) auf, welches ebenfalls von einer Antriebsvorrichtung 40b, 40c angetrieben wird. Die weitere Antriebsvorrichtung 40b, 40c wird ebenfalls mit elektrischer Energie B versorgt und erzeugt im Betrieb ebenfalls Abwärme(energie) D.
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Wie die Abwärme D der Antriebsvorrichtung 40a der Wärmepumpe 20 wird auch die Abwärme D der weiteren Antriebsvorrichtung 40b, 40c des Aggregats 12, 24 mittelbar oder unmittelbar der Nutzwärme C zugeführt, d. h. zum Erwärmen des Nutzmittels genutzt.
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Bei dieser zweiten Ausführungsvariante besteht zudem die Möglichkeit, die Antriebsvorrichtung 40a der Wärmepumpe 20 und die weitere Antriebsvorrichtung 40b, 40c des Aggregats 12, 24 zu kombinieren, indem sie eine gemeinsame Antriebselektronik aufweisen. In diesem Fall kann dann diese gemeinsame Antriebselektronik mittelbar oder unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf in Wärmeaustausch stehen, um ihre Abwärme D der Nutzwärme C zuzuführen.
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In einer Abwandlung der beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten können das Hausgerät bzw. die Wärmepumpe 20 auch ohne die Zufuhr von Umgebungswärme(energie) A betrieben werden. Das jeweilige Nutzmittel im Nutzmittelkreislauf wird dann allein durch den Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmittel der Wärmepumpe 20 erwärmt.
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In einer weiteren Abwandlung der beiden oben beschriebenen Ausführungsvarianten kann das jeweilige Nutzmittel im Nutzmittelkreislauf bei Bedarf zusätzlich durch eine Heizvorrichtung, insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung, erwärmt werden. Diese Zusatzheizung kann insbesondere dann zum Einsatz kommen, wenn die Umgebungswärme(energie) zum Beispiel bei zu niedrigen Umgebungs- bzw. Außentemperaturen nicht ausreicht.
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Bezug nehmend auf 3 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel eines Hausgerätes der Erfindung am Beispiel eines Wäschetrockners 10 mit Wärmepumpe 20 näher erläutert.
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Der Wäschetrockner 10 weist eine Wäschetrommel 12 zum Aufnehmen der zu trocknenden Wäsche sowie einen in diesem Ausführungsbeispiel geschlossen dargestellten Prozessluftkreislauf als Nutzmittelkreislauf 14 auf. Die Prozessluft wird mittels eines Gebläses als Nutzmittel-Fördereinrichtung 24 durch die Wäschetrommel 12 geleitet, um die Wäsche darin zu trocknen.
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Zum Erwärmen der Prozessluft enthält der Nutzmittelkreislauf 14 einen Kondensator 26 der Wärmepumpe 20 als Wärmequelle sowie optional eine zusätzliche elektrische Heizung 28. Die feuchte Prozessluft aus der Wäschetrommel 12 wird einem Verdampfer 30 der Wärmepumpe 20 als Wärmesenke zugeleitet. Im Verdampfer 30 wird die Prozessluft abgekühlt und das dabei aufgrund der aus der zu trocknenden Wäsche aufgenommenen Feuchtigkeit entstehende Kondensat wird in einer Kondensatwanne (nicht dargestellt) aufgefangen.
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In einem offenen Prozessluftkreislauf 14 wird dem Kondensator 26 Umgebungsluft von außerhalb des Wäschetrockners 10 zugeführt. Nach dem Aufnehmen von Feuchtigkeit in der Wäschetrommel 12 und dem Abkühlen und Kondensieren im Verdampfer 30 wird die Prozessluft wieder in die Umgebung des Wäschetrockners 10 abgegeben.
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Das Gebläse 24 und die Wäschetrommel 12 sind Aggregate des Wäschetrockners 10. Beide Aggregate 12, 24 werden von Antriebsvorrichtungen 40b, 40c angetrieben, welche eine Antriebselektronik aufweisen. Im Betrieb erzeugt die Antriebselektronik der Antriebsvorrichtungen 40b, 40c jeweils Wärme.
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Die bereits erwähnte Wärmepumpe 20 weist einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf 22 auf, durch den ein Kältemittel als Arbeitsmittel geleitet wird. Als Arbeitsmittel-Fördereinrichtung 32 ist ein drehzahlgeregelter und/oder leistungsgeregelter Kompressor 32 vorgesehen. Zudem sind in dem Arbeitsmittelkreislauf 22 der Kondensator 26 und der Verdampfer 30 sowie eine Drosseleinrichtung 34 zwischen Kondensator 26 und Verdampfer 30 angeordnet.
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Der Kompressor 32 wird von einer Antriebsvorrichtung 40a angetrieben, welche eine Antriebselektronik mit zum Beispiel einem Frequenzumrichter aufweist. Im Betrieb erzeugt diese Antriebselektronik der Antriebsvorrichtung 40a Wärme.
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Die warme und feuchte Prozessluft wird im Prozessluftkreislauf 14 nach der Wäschetrommel 12 zum Verdampfer 30 geleitet, wo sie abgekühlt wird. Dabei verdampft das Kältemittel im Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20. D. h. der Verdampfer 30 bildet einerseits die Wärmequelle für den Arbeitsmittelkreislauf 22 und andererseits die Wärmesenke für den Prozessluftkreislauf 14. Das verdampfte Kältemittel wird durch den Kompressor 32 dann dem Kondensator 26 zugeleitet, in dem es sich unter Wärmeabgabe an die Prozessluft im Nutzmittelkreislauf 14 wieder verflüssigt. D. h. der Kondensator 26 bildet einerseits die Wärmesenke für den Arbeitsmittelkreislauf 22 und andererseits die Wärmequelle für den Prozessluftkreislauf 14. Das verflüssigte Kältemittel wird über die Drosseleinrichtung 34 danach wieder dem Verdampfer 30 zugeführt, um den Arbeitsmittelkreislauf 22 zu schließen.
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Wie in 3 angedeutet, sind in dem Arbeitsmittelkreislauf 22 mehrere Temperatursensoren 38a, 38b, 38c zum direkten oder indirekten Erfassen der Temperatur des Kältemittels vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung 40a des Kompressors 32 kann so in Abhängigkeit von der Temperatur des Kältemittels gesteuert werden und den Kompressor 32 antreiben.
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In 3 sind mehrere Stellen angedeutet, an denen die Antriebsvorrichtung 40a des Kompressors 32 und optional auch die weiteren Antriebsvorrichtungen 40b, 40c der Aggregate 12, 24 durch eine thermische Kopplung unmittelbar oder mittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen, um ihre Abwärme der Nutzwärme des Systems zuzuführen.
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Beispielsweise können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen. Dabei können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c mit den Verbindungsleitungen thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen n1, n2, n3, n4) oder mit den Komponenten wie Verdampfer 30 oder Kondensator 26 thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen n5, n6). Dabei kann der Kühlkörper der Antriebsvorrichtung 40a, 40b, 40c zum Beispiel in den Nutzmittelkreislauf 14 hinein ragen, um die Abwärme der Antriebsvorrichtung direkt an die Prozessluft abzugeben und diese zusätzlich zu erwärmen.
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Zusätzlich oder alternativ können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c mittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen, indem sie unmittelbar mit dem Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20 in Wärmeaustausch stehen. Dabei können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c mit den Verbindungsleitungen thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen a1, a2, a3) oder mit den Komponenten wie Verdampfer 30 oder Kondensator 26 thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen a4, a5). Dabei kann der Kühlkörper der Antriebsvorrichtung 40a, 40b, 40c zum Beispiel an die Leitungsverbindungen des Arbeitsmittelkreislaufes 22 oder an den Kondensator 26 angeflanscht oder angelötet werden.
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Die verschiedenen Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c können an einer Stelle, d. h. nahe beieinander, oder an verschiedenen Stellen ni, ai angeordnet werden. Beispielsweise kann die Antriebsvorrichtung 40a des Kompressors 32 mit dem Arbeitsmittelkreislauf 22 thermisch gekoppelt sein und können die Antriebsvorrichtungen 40b, 40c des Gebläses 24 und der Wäschetrommel 12 mit dem Nutzmittelkreislauf 14 thermisch gekoppelt sein.
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Die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40c für den Kompressor 32 der Wärmepumpe 20, das Gebläse 24 des Nutzmittelkreislaufes 14 und die Wäschetrommel 12 können außerdem zu einer gemeinsamen Antriebselektronik integriert sein. Die erhöhten Anforderungen an die effiziente Kühlung einer solchen leistungsstarken Antriebselektronik können durch die oben beschriebene thermische Kopplung mit dem System problemlos erfüllt werden, indem die ohnehin vorhandenen Medien Kältemittel und/oder Prozessluft genutzt werden. Gleichzeitig wird die Abwärme der kombinierten Antriebselektronik der Nutzwärme des Wäschetrockners 10 zugeführt.
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Bezug nehmend auf 4 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hausgerätes der Erfindung am Beispiel eines Heizungsgerätes 10 mit Wärmepumpe 20 für Brauch- oder Heizungswasser näher erläutert.
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Das Heizungsgerät 10 weist einen geschlossenen Heizungswasserkreislauf oder offenen Brauchwasserkreislauf als Nutzmittelkreislauf 14 auf. Das Wasser wird mittels einer Pumpe als Nutzmittel-Fördereinrichtung 24 durch den Kreislauf gepumpt. Zum Erwärmen des Wassers enthält der Nutzmittelkreislauf 14 einen Kondensator 26 der Wärmepumpe 20 als Wärmequelle des Nutzmittelkreislaufs 14 sowie optional eine zusätzliche elektrische Heizung (nicht dargestellt). Die Pumpe 24 wird von einer Antriebsvorrichtung 40b angetrieben, welche eine Antriebselektronik aufweist, die im Betrieb Abwärme erzeugt.
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Das Heizungsgerät 10 weist zudem einen offenen Luftkreislauf als Umgebungsmittelkreislauf 44 auf. Die Umgebungsluft wird mittels eines Gebläses als Umgebungsmittel-Fördereinrichtung 46 durch den Kreislauf gepumpt. In einem Kondensator 26 der Wärmepumpe 20 als Wärmesenke des Luftkreislaufs wird der Umgebungsluft Wärme entzogen. Das Gebläse 46 wird von einer Antriebsvorrichtung 40d angetrieben, welche eine Antriebselektronik aufweist, die im Betrieb Abwärme erzeugt.
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Die Wärmepumpe 20 weist wie im Ausführungsbeispiel von 3 einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf 22 auf, durch den ein Kältemittel als Arbeitsmittel geleitet wird. Als Arbeitsmittel-Fördereinrichtung 32 ist ein drehzahlgeregelter und/oder leistungsgeregelter Kompressor 32 vorgesehen. Zudem sind in dem Arbeitsmittelkreislauf 22 der Kondensator 26, der Verdampfer 30, eine Drosseleinrichtung 34 und mehrere Temperatursensoren 38a, 38b, 38c angeordnet. Der Kompressor 32 wird von einer Antriebsvorrichtung 40a angetrieben, welche eine Antriebselektronik mit zum Beispiel einem Frequenzumrichter aufweist. Im Betrieb erzeugt diese Antriebselektronik der Antriebsvorrichtung 40a Abwärme.
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Die mehr oder weniger warme Umgebungsluft wird im Umgebungsmittelkreislauf 44 zum Verdampfer 30 geleitet, wo ihr Wärme entzogen wird. Dabei verdampft das Kältemittel im Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20. Das verdampfte Kältemittel wird durch den Kompressor 32 dem Kondensator 26 zugeleitet, in dem es sich unter Wärmeabgabe an das Wasser im Nutzmittelkreislauf 14 verflüssigt. Das verflüssigte Kältemittel wird über die Drosseleinrichtung 34 wieder dem Verdampfer 30 zugeführt, um den Arbeitsmittelkreislauf 22 zu schließen.
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Auch in 4 sind mehrere Stellen angedeutet, an denen die Antriebsvorrichtung 40a des Kompressors 32 und optional auch die weiteren Antriebsvorrichtungen 40b, 40d der Aggregate 24, 46 durch eine thermische Kopplung unmittelbar oder mittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen, um deren Abwärme der Nutzwärme des Systems zuzuführen.
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Beispielsweise können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d unmittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen. Dabei können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d mit den Verbindungsleitungen thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen n1, n2, n3) oder mit dem Kondensator 26 thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stelle n4). Dabei kann der Kühlkörper der Antriebsvorrichtung 40b zum Beispiel in den Nutzmittelkreislauf 14 hinein ragen, um die Abwärme der Antriebsvorrichtung direkt an die Prozessluft abzugeben und diese zusätzlich zu erwärmen.
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Zusätzlich oder alternativ können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d mittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen, indem sie unmittelbar mit dem Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20 in Wärmeaustausch stehen. Dabei können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d mit den Verbindungsleitungen thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen a1, a2, a3) oder mit den Komponenten wie Verdampfer 30 oder Kondensator 26 thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen a4, a5). Dabei kann der Kühlkörper der Antriebsvorrichtung 40a, 40b, 40d zum Beispiel an die Leitungsverbindungen des Arbeitsmittelkreislaufes 22 oder an den Kondensator 26 angeflanscht oder angelötet werden.
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Ferner können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d zusätzlich oder alternativ mittelbar mit dem Nutzmittelkreislauf 14 in Wärmeaustausch stehen, indem sie unmittelbar mit dem Umgebungsmittelkreislauf 44 in Wärmeaustausch stehen. Dabei können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d mit den Verbindungsleitungen thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen u1, u2, u3) oder mit dem Verdampfer 30 thermisch gekoppelt sein (beispielhafte Stellen u4). Dabei kann der Kühlkörper der Antriebsvorrichtung 40d zum Beispiel in den Umgebungsmittelkreislauf 44 hinein ragen, um die Abwärme der Antriebsvorrichtung direkt an die Umgebungsluft abzugeben, sodass diese im Verdampfer 30 mehr Wärme an das Kältemittel im Arbeitsmittelkreislauf 22 abgeben kann.
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Auch in diesem Ausführungsbeispiel können die Antriebsvorrichtungen 40a, 40b, 40d für den Kompressor 32 der Wärmepumpe 20, die Pumpe 24 des Nutzmittelkreislaufes 14 und das Gebläse 46 des Umgebungsmittelkreislaufes 44 an gemeinsamen oder unterschiedlichen Stellen angeordnet werden oder zu einer gemeinsamen Antriebselektronik integriert sein.
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In beiden Ausführungsbeispielen von 3 und 4 können mit Hilfe der Temperatursensoren 38a, 38b, 38c eine Überhitzung und eine „Unterkühlung” (Gefrierung) des Kältemittels im Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20 vermieden werden. Hierzu können die Antriebsvorrichtung 40a des Kompressors 32 und ggf. auch die weiteren Antriebsvorrichtungen 40b, 40c, 40d der Aggregate 12, 24, 46 abgeschaltet werden. Zusätzlich können so auch eine Überhitzung und eine „Unterkühlung” des Nutzmittels verhindert werden. Zum Beispiel kann ein Gefrieren von Wasser in den Nutzmittelleitungen durch Beheizen mit der Abwärme verhindert werden.
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Außerdem können aus der erfassten Temperatur des Kältemittels im Arbeitsmittelkreislauf 22 der Wärmepumpe 20 Rückschlüsse über die benötigte Antriebsleistung des Kompressors 32 gewonnen werden. Wahlweise kann der Kompressor 32 zum Erzielen einer gleichen Nutzwärme mit weniger elektrischer Energie angetrieben werden oder kann der Kompressor 32 mit gleicher elektrischer Energie zum Erzielen einer größeren Nutzwärme angetrieben werden. Ferner können durch die Temperatur- und Leistungserfassung eine Alterung des Arbeitsmittelkreislaufs 22 (z. B. in Form einer Verringerung der Kältemittelmenge) oder ein Leck im Arbeitsmittelkreislauf erkannt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektronisches Hausgerät
- 12
- Aggregat, Wäschetrommel
- 14
- Nutzmittelkreislauf
- 20
- Wärmepumpe
- 22
- Arbeitsmittelkreislauf, Kältemittelkreislauf
- 24
- Aggregat, Nutzmittel-Fördereinrichtung
- 26
- Kondensator, Wärmequelle des Nutzmittelkreislaufs
- 28
- Heizeinrichtung
- 30
- Verdampfer, Wärmesenke des Nutzmittelkreislaufs
- 32
- Arbeitsmittel-Fördereinrichtung, Kompressor
- 34
- Drosseleinrichtung
- 38n
- Temperaturmesseinrichtungen
- 40n
- Antriebsvorrichtungen
- 44
- Umgebungsmittelkreislauf
- 46
- Umgebungsmittel-Fördereinrichtung
- A
- Umweltwärme(energie)
- B
- elektrische Energie
- C
- Nutzwärme(energie)
- D
- Abwärme(energie)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0197132 B1 [0002]
- DE 102008004457 A1 [0002]
