DE102017125054B4 - Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise einen Wäschetrockner, einen Geschirrspüler oder einen Waschtrockner mit einer Wärmepumpeneinrichtung - Google Patents

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Abstract

Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Wäschebehandlungsmaschine oder eine Geschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpeneinrichtung, deren Wärmetauscher (1) ein durch Lamellen (2) geführtes Rohrschlaufensystem (3) umfasst, und der Wärmetauscher (1) zur Kühlung und/oder Erwärmung eines Prozessluftstromes in einem Strömungskanal (4) mit seitlich angeordneten Formkörperelementen (5) versehen ist, die den im Strömungskanal (4) seitlich liegenden freien Bauraum bzw. den seitlichen Hohlraum (6) zum Wärmetauscher (1) ausfüllen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formköperelemente (5) als geschäumte Blockelemente mit wenigstens einem Bypasskanal (10) für die Prozessluft ausgebildet sind und im angesetzten Zustand ein seitliches Umströmen des Wärmetauschers (1) zulassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Wäschebehandlungsmaschine oder eine Geschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpeneinrichtung, deren Wärmetauscher ein durch Lamellen geführtes Rohrschlaufensystem umfasst und der Wärmetauscher zur Kühlung und/oder Erwärmung eines Prozessluftstromes in einem Strömungskanal mit seitlich angeordneten Formkörperelementen versehen ist, die den im Strömungskanal seitlich liegenden freien Bauraum bzw. den seitlichen Hohlraum zum Wärmetauscher ausfüllen.
  • Ein derartiger Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät ist beispielsweise aus der EP 2 527 528 A1 bekannt, wobei entsprechend in der DE 197 09 176 A1 ebenfalls ein Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät beschrieben ist. Der Wärmetauscher umfasst hier einen Lamellenwärmetauscher, der über eine Anzahl i. d. R. metallischer Lamellen verfügt, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Lamellen werden von einem oder mehreren Wärmeübertragungsrohren, hier Kältemittelrohren, durchsetzt. Durch die Kältemittelrohre fließt ein Kältemittel, während durch den freien Raum zwischen den Lamellen ein zu kühlendes oder zu erwärmendes gasförmiges Medium strömt. Die Wärmeübertragungsrohre tauschen mit den Lamellen Wärme aus, die wiederum Wärme mit dem strömenden Gasmedium austauschen. Auf diese Weise wird mit einem Wärmetauscher, der hier einen Verflüssiger oder einen Verdampfer umfasst, der Prozessluftstrom in einem Wärmetrockner einerseits gekühlt und andererseits wieder erwärmt.
  • Der Wärmetauscher als solches befindet sich hier in dem Prozessluftkanal, durch den die Prozessluft strömt. Um hier einen möglichst optimalen Wirkungsgrad eines Wärmepumpentrockners im Betrieb zu gewährleisten, ist es u. a. sehr wichtig, dass die Prozessluft in einem möglichst großen Anteil durch die Lamellen des Wärmetauschers geleitet wird. Da der Einbau des Wärmetauschers in dem vom Bodenmodul und Deckel gebildeten Strömungskanal nicht formschlüssig ist, sind sog. Abschirmelemente erforderlich, die ein Umströmen der Prozessluft im Außenbereich des Wärmetauschers verhindern sollen. So werden gemäß dem Stand der Technik aus der DE 10 2013 113 506 A1 oder der DE 10 2015 206 492 A1 Formkörperelemente aus expandiertem Polystyrol bereitgestellt, die hierbei den freien Bauraum im Strömungskanal entsprechend ausfüllen, sodass eine möglichst formschlüssige Positionierung des Wärmetauschers in dem Strömungskanal erreicht wird. Ferner werden die Formkörperelemente vor dem Einbau der Wärmetauscher bzw. am Bodenmodul an den Wärmetauscher angesetzt bzw. gesteckt.
  • Die Formkörperelemente gewährleisten einen optimalen Halt zum Verflüssiger oder Verdampfer und sorgen zudem für ein optimales Strömungsverhalten der Prozessluft. Die Formkörperelemente füllen hierbei den im Strömungskanal liegenden seitlichen freien Bauraum bzw. den seitlichen Hohlraum des Wärmetauschers aus. Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, dass insbesondere Fehlströme nicht mehr an dem in dem Strömungskanal angeordneten Wärmetauscher vorbeiströmen.
  • Für einen optimalen Temperaturaustausch ist es wichtig, dass die Prozessluft präzise durch die Lamellen des Wärmetauschers geleitet wird. Es ist jedoch technisch nicht möglich, dass an den seitlichen Enden eines Wärmetauschers Lamellen platziert werden können. Der Grund sind die 180°-Bögen an den Außenseiten, wodurch das Kältemittel wieder in die entgegen gesetzte Richtung geleitet wird. Eine Vermeidung der Umströmung des Wärmetauschers wird derzeit dadurch gelöst, dass entweder sog. Endlamellen abgekantete Seitenbleche an den Enden angebracht werden, oder aber ein anderes oben beschriebenes Konzept sieht vor, dass der Einsatz von Formkörperelementen aus expandiertem Polystyrol Verwendung findet, sodass ein Totraum zwischen Wärmetauscher und Außenseite und Bodenmodul nicht mehr besteht.
  • Als nachteilig bei dieser beschriebenen Ausführungsform wird es angesehen, dass die Umströmung bei der einen Ausführung zu groß ist, sodass der Wärmeaustausch im Bereich der Lamellen schlechter wird. Dieser Verlust kann auch durch den Temperaturaustausch zwischen den 180°-Bögen und der Prozessluft beim Umströmen nicht ausgeglichen werden. Durch die große Umströmung kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen Prozessluft und den 180°-Bögen. Als nachteilig bei der zweiten Ausführungsform, die eben hier unter Verwendung von Formkörperelementen aus expandiertem Polystyrol bekannt ist, wird es als nachteilig angesehen, dass die Wärmeenergie, die in den 180°-Bögen vorhanden ist, nicht optimal ausgenutzt wird, da die Formkörperelemente keinen Austausch mit der Prozessluft zulassen. Ein Vorteil hierbei ist es, dass durch das Ausfüllen des kompletten Totraumes zwischen Wärmetauscher-Außenseite und Bodenmodul der Wärmetauscher nicht umströmt wird. Die Luft wird nahezu vollständig durch die Lamellen geleitet.
  • Aus der KR 10 1 771 455 B1 ist ein Wäschetrockner mit einer Wärmepumpe und mit einer Wärmeaustauscheinrichtung zum Rückgewinnen von Abwärme durch Wärmeaustausch bekannt. Dazu sind im Luftkanal des Wärmetauschers oder in einer Bypassleitung zum Wärmetauscher Klappen angeordnet, über deren Öffnungs- bzw. Schließstellung der Anteil der Wärmerückgewinnung einstellbar ist.
  • Der Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Wäschebehandlungsmaschine oder eine Geschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpeneinrichtung derart weiterzubilden, der die geschilderten Nachteile überwindet, wobei insbesondere der Wirkungsgrad und eine Steigerung der Energieeffizienz des Prozesses verbessert werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
  • Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen nun darin, dass eine definierte Umströmung des Wärmetauschers bereitgestellt wird. Hierzu dienen die Formkörperelemente aus expandiertem Polystyrol, welche den kompletten Totraum zwischen Wärmetauscher-Außenseite und Bodenmodul ausfüllen. Um jedoch eine definierte Umströmung zu erzielen, sind in den Formkörperelemente aus expandiertem Polystyrol Luftkanäle in Form von Bypässen vorgesehen, welche den Weg der Prozessluft so vorgeben, dass ein möglichst großer Wärmeaustausch zwischen den 180°-Bögen und der Prozessluft stattfindet. Durch die Bypässe in den Formkörperelemente aus expandiertem Polystyrol ist es möglich, dass ein undefiniertes und wirkungsgradminderndes Umströmen der Wärmetauscher unterbunden wird, weil die Prozessluft schwerpunktmäßig durch die Lamellen geleitet wird, wobei zusätzlich infolge der Bypässe ein Umströmen der äußeren Rohrbögen bereitgestellt wird. Somit steht mehr Nutzfläche für den gewünschten Temperaturaustausch zur Verfügung, sodass dadurch die Effizienz des Prozessluftstromes wesentlich gesteigert werden kann. Für den Fall, dass es auf den Außenseiten der Endlamellen des Verdampfers zur Kondensatbildung kommt, können die Bypässe auch als Kondensatablauf verwendet werden.
  • Gemäß der Erfindung wird hierzu merkmalsgemäß vorgeschlagen, dass die Formkörperelemente im eingesetzten Zustand ein seitliches Umströmen des Wärmetauschers zulassen. Die Formkörperelemente bestehen hierbei erfindungsgemäß aus geschäumten Blockelementen mit wenigstens einem Bypasskanal für die Prozessluft. Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, dass neben dem Durchströmen des Lamellenbereiches auch der Prozessluftstrom die Möglichkeit hat, neben dem Hauptwärmetauscherbereich an den Randbereichen durchströmen zu können.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das einzelne Blockelement an seinen Innenseitenflächen Ausnehmungen zur Aufnahme der Rohrbögen des Rohrschlaufensystems mit einem verbindenden Kanalsystem für die Prozessluft auf. Das Kanalsystem bildet sich hierbei dadurch, dass die Ausnehmungen zur Aufnahme der einzelnen Rohrbögen des Rohrschlaufensystems eingeformte Bereiche zur Umströmung der Prozessluft aufweisen. Die eingeformten Bereiche liegen am Vorlaufbereich und am Rücklaufbereich des Rohrsystems im angesetzten Zustand des Formkörperelementes. Aufgrund dieser Ausbildung wird erreicht, dass der 180°-Bogen hiervon dem Formkörperelement umgeben ist, so dass die Prozessluft so geführt wird, dass sie den Bogen und die kurzen aus dem Lamellenbereich ragenden Rohrabschnitte von Vor- und Rücklauf umströmen kann.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die eingeformten Bereiche am Vorlauf und am Rücklauf durch geformte Kanäle in der Innenseitenfläche des Formkörperelementes verbunden. Die geformten Kanäle bilden hierbei in vorteilhafter Weise in der dem Wärmetauscher zugewandten Innenseitenfläche ein sägezahnartiges oder je nach Wärmetauschertype geradliniges Bypass-Kanalsystem zur Umströmung der Prozessluft. Diese Ausbildung ermöglicht es nun, dass sämtliche Rohrbögen in dem Formteil durch den Prozessluftstrom mit erfasst werden können, sodass hier die Effizienz des Wärmetauschers gesteigert wird.
  • In Weiterbildung der Formkörperelemente sind hierbei in den Ausnehmungen im Bereich des Vorlaufs und des Rücklaufs Rastnasen angeformt. Die Rastnasen als solches hintergreifen im eingesetzten Zustand des Formteils insbesondere den 180°-Bogen und umgreifen diesen, sodass im Grunde genommen durch die Rastnasen ein sog. Selbsthalten des Formkörperelementes an den Seitenbereichen des Wärmetauschers erreicht wird. In Weiterbildung der Erfindung bestehen die Formkörperelemente aus expandiertem Polestyrol oder Styropormaterial.
  • Die Erfindung betrifft in gleicher Weise auch ein Formkörperelement für einen Wärmetauscher einer Wärmepumpeneinrichtung.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
    • 1 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers für eine Wärmepumpeneinheit, bestehend aus Verdampfer und Verflüssiger,
    • 2 eine weitere perspektivische Darstellung des Wärmetauschers gemäß der 1, eingefasst in einem Bodenelement eines Haushaltsgerätes, und aufgesetzen F ormkörperlelementen,
    • 3 eine weitere perspektivische Darstellung des Wärmetauschers gemäß der 1 und 2 mit angesetzten Formkörperelementen,
    • 4 eine perspektivische Darstellung eines Formkörperelementes von der Innenseite, bzw. der dem Wärmetauscher zugewandten Seite mit angedeutetem Prozessluftstrom,
    • 5 eine weitere Innenansicht des Formkörperelementes,
    • 6 eine geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie A - A in 5,
    • 7 eine Ansicht mit innen liegenden Rohrbögen am Formkörperelement und
    • 8 eine geschnittene Ansicht gemäß der Schnittlinie G - G in 7.
  • Die 1, 2 und 3 zeigen einen Wärmetauscher 1 für ein nicht näher dargestelltes Haushaltsgerät, wie beispielsweise einen Wäschetrockner, einen Geschirrspüler oder einen Waschtrockner, die mit einer Wärmepumpeneinheit ausgestattet sind. Der Wärmetauscher 1 verfügt hierbei über Lamellen 2, durch die ein Rohrschlaufensystem 3 geführt ist. Der Wärmetauscher 1 ist hierbei zur Kühlung und/oder Erwärmung eines Prozessluftstromes in einem Strömungskanal 4 mit seitlich angeordneten Formkörperelementen 5 versehen, die den im Strömungskanal 4 seitlich liegenden freien Bauraum bzw. seitlichen Hohlraum 6 zum Wärmetauscher 1 ausfüllen. Dies wird insbesondere deutlich in der 2, wo der Wärmetauscher 1, bestehend aus einem Verflüssiger 7 und einem Verdampfer, in einem Bodenmodul eingesetzt sind, wobei angedeutet der Strömungskanal 9 zu erkennen ist.
  • Die Formkörperelemente 5, wie diese in Einzelansichten in den 4, 5, 6, 7 und 8 dargestellt sind, lassen hierbei im angesetzten Zustand, wie dies in der 2 und 3 dargestellt ist, ein seitliches Umströmen der Prozessluft zu. Die Formkörperelemente 5 bestehen hierbei aus geschäumten Blockelementen mit wenigstens einem Bypasskanal 10 für die Prozessluft. Wie insbesondere aus der Zusammenschau der 3, 4, und 5 erkennbar ist, weist das einzelne Blockelement 5 an seinen Innenseitenflächen 11 Ausnehmungen 12 zur Aufnahme der Rohrbögen 13 des Rohrschlaufensystems 3 mit einem verbindenden Kanalsystem 14 für die Prozessluft auf.
  • Die Ausnehmungen 12 weisen zur Aufnahme der einzelnen Rohrbögen 13 des Rohrschlaufensystems 3 eingeformte Bereiche 15 zur Umströmung der Prozessluft auf. Wie insbesondere aus der 5 i. V. m. der 6 bzw. 7 und 8 erkennbar ist, liegen die eingeformten Bereiche 15 am Vorlaufbereich und am Rücklaufbereich 16 und 17 des Rohrbogens 13 im angesetzten Zustand des Formteils 5.
  • Die eingeformten Bereiche 15 sind im Vorlauf und Rücklauf 16, 17 durch geformte Kanäle 18 in der Innenseitenfläche 11 des Formkörperelementes 5 verbunden. Dies ist insbesondere schön zu erkennen in der 5, aber auch in der 4, wo um die Rohrbögen entsprechend die Erweiterungen des Kanalsystems 14 erkennbar sind, sodass insbesondere die Vor- und Rücklaufbereiche 16, 17 der Rohrbögen 13 hier umströmt werden können.
  • In Weiterbildung der Erfindung bilden hierbei die geformten Kanäle 18 in der Innenseitenfläche 11 ein sägezahnartiges Bypass-Kanalsystem 10 zur Umströmung für die Prozessluft. Das Bypass-Kanalsystem kann je nach Wärmetauscherausführung bzw. Ausrichtung und Position der 180°-Bögen auch geradlinig oder bogenförmig sein. Gemäß der Pfeillinie wird verdeutlicht, wie in einem der Bypass-Kanäle 10 hier die Prozessluft an den Rohrbögen 13 vorbeiströmen kann. Hierbei ist insbesondere in der 4 dargestellt, wie die Prozessluft hier an der Innenseite an den Rohrbögen 13 vorbeiströmen kann.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind in den Ausnehmungen 12 im Bereich des Vorlaufs und des Rücklaufs 16, 17 Rastnasen 19 angeformt (siehe 5). Die Rastnasen 19 ermöglichen, dass im angesetzten Zustand der Formkörperelemente 5 diese den Rohrbogen 13 umgreifen, sodass dadurch ein Selbsthalten der Formkörperelemente 5 am Wärmetauscher 1 ermöglicht wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmetauscher
    2
    Lamellen
    3
    Rohrschlaufensystem
    4
    Strömungskanal
    5
    Formkörperelemente
    6
    Hohlraum
    7
    Verflüssiger
    8
    Verdampfer
    9
    Strömungskanal
    10
    Bypasskanal
    11
    Innenseitenfläche
    12
    Ausnehmung
    13
    Rohrbogen
    14
    Kanalsystem
    15
    Eingeformter Bereich
    16
    Vorlaufbereich
    17
    Rücklaufbereich
    18
    Kanäle
    19
    Rastnase

Claims (9)

  1. Wärmetauscher für ein Haushaltsgerät, wie beispielsweise eine Wäschebehandlungsmaschine oder eine Geschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpeneinrichtung, deren Wärmetauscher (1) ein durch Lamellen (2) geführtes Rohrschlaufensystem (3) umfasst, und der Wärmetauscher (1) zur Kühlung und/oder Erwärmung eines Prozessluftstromes in einem Strömungskanal (4) mit seitlich angeordneten Formkörperelementen (5) versehen ist, die den im Strömungskanal (4) seitlich liegenden freien Bauraum bzw. den seitlichen Hohlraum (6) zum Wärmetauscher (1) ausfüllen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formköperelemente (5) als geschäumte Blockelemente mit wenigstens einem Bypasskanal (10) für die Prozessluft ausgebildet sind und im angesetzten Zustand ein seitliches Umströmen des Wärmetauschers (1) zulassen.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Blockelement an seinen Innenseitenflächen (11) Ausnehmungen (12) zur Aufnahme der Rohrbögen (13) des Rohrschlaufensystems (3) mit einem verbindenden Kanalsystem (14) für die Prozessluft aufweist.
  3. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (12) zur Aufnahme der einzelnen Rohrbögen (13) des Rohrschlaufensystems (3) eingeformte Bereiche (15) zur Umströmung der Prozessluft aufweisen.
  4. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeformten Bereiche (15) am Vorlaufbereich (16) und am Rücklaufbereich (17) des Rohrbogens (13) im angesetzten Zustand des Formkörperelementes (5) liegen.
  5. Wärmetauscher nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeformten Bereiche (15) am Vorlauf und am Rücklauf (16, 17) durch geformte Kanäle (18) in der Innenseitenfläche (11) des Formkörperelementes (5) verbunden sind.
  6. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geformten Kanäle (18) in der Innenseitenfläche (11) ein sägezahnartiges Bypass-kanalsystem (10) zur Umströmung für die Prozessluft bilden.
  7. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Ausnehmungen (12) im Bereich des Vorlaufes (16) und des Rücklaufes (17) Rastnasen (19) angeformt sind.
  8. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastnasen (19) im angesetzten Zustand des Formkörperelementes (5) den Rohrbogen (13) umgreifen bzw. hintergreifen.
  9. Wärmetauscher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörperelemente (5) aus expandierten Polystyrolmaterial bestehen.
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