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Die Erfindung betrifft einen Rollkolbenverdichter für eine Wärmepumpeneinrichtung eines wasserführenden Haushaltsgeräts, insbesondere einer Geschirrspülmaschine, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Rollkolbenpumpe und einer im Gehäuse angeordneten Motoreinheit, die in Wirkverbindung mit der Rollkolbenpumpe steht, sowie mit einem Kältemitteleingang, einem Kältemittelausgang und einem den Kältemitteleingang mit dem Kältemittelausgang strömungstechnische verbindenden Kältemittelkanal, wobei die Motoreinheit von Kältemittel umspülbar innerhalb des Kältemittelkanals angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Geschirrspülmaschine, insbesondere Haushaltsgeschirrspülmaschine, mit einer Wärmepumpeneinrichtung, die über einen Rollkolbenverdichter verfügt.
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Wasserführende Haushaltsgeräte im Allgemeinen sowie Geschirrspülmaschinen im Speziellen sind aus dem Stand der Technik an sich gut bekannt, weshalb es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises an dieser Stelle nicht bedarf. Es sei deshalb auch nur beispielhaft auf die
EP 3 505 040 A1 verwiesen.
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Eine Geschirrspülmaschine, insbesondere eine Haushaltsgeschirrspülmaschine, verfügt typischerweise über einen Spülbehälter, der seinerseits einen Spülraum bereitstellt. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall dient der Spülbehälter der Aufnahme von zu reinigendem Spülgut. Dabei ist der vom Spülbehälter bereitgestellte Spülraum verwenderseitig über eine Beschickungsöffnung zugänglich. Diese ist mittels einer verschwenkbar ausgebildeten Spülmaschinentür fluiddicht verschließbar.
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Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall erfolgt eine Beschickung von zu reinigendem Spülgut mit Spülflüssigkeit, der sogenannten Spülflotte. Zur Aufheizung der Spülflotte kommen typischerweise elektrische Heizungen zum Einsatz. Alternativ oder in Ergänzung zu einer elektrischen Heizung kommen in jüngster Zeit auch Wärmepumpeneinrichtungen zur Aufheizung von Spülflotte zum Einsatz. Von besonderem Vorteil einer solchen Wärmepumpeneinrichtung ist es, zu einer insgesamt verbesserten Energiebilanz beizutragen, denn der Einsatz einer Wärmepumpeneinrichtung ermöglicht einen reduzierten Energieverbrauch insbesondere während einer Spülflottenaufheizung.
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Eine Wärmepumpeneinrichtung weist in der Regel einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Verflüssiger, ein Drosselorgan und eine diese Komponenten miteinander verbindenden Strömungskreislauf auf. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall wird Wärmeenergie von außerhalb über den Verdampfer in den Strömungskreislauf übertragen. Diese Wärmeenergie wird über den Verflüssiger auf das aufzuheizende Medium, d.h. die Spülflotte übertragen. Innerhalb der Wärmepumpeneinrichtung wird die Wärmeenergie über ein Arbeitsmedium, das sogenannte Kältemittel vom Verdampfer zum Verflüssiger übertragen. Das Kältemittel wird mittels des Verdichters komprimiert und somit auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Das heiße Kältemittel kondensiert im Verflüssiger, wobei die Spülflotte aufgeheizt wird.
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Es sind unterschiedliche Verdichter-Bauformen im Stand der Technik bekannt. Der Verdichter einer Wärmepumpeneinrichtung einer Geschirrspülmaschine ist dabei vorzugsweise als Rotationsverdichter, auch Rollkolbenverdichter genannt, ausgebildet. Ein solcher Rollkolbenverdichter bzw. eine mit einem solchen Rollkolbenverdichter ausgerüstete Geschirrspülmaschine sind beispielsweise aus der
DE 10 2018 102 546 A1 bekannt.
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Der Einsatz von Rollkolbenverdichtern in Wärmepumpeneinrichtungen von wasserführenden Haushaltsgeräten hat sich im alltäglichen Praxiseinsatz bewährt. Dies insbesondere deshalb, weil Rollkolbenverdichter aufgrund ihres einfachen Aufbaus relativ kompakt und kostengünstig sind. Von prinzipiellem Nachteil ist aber, dass im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall vom Rollkolbenverdichter Abwärme in die Umgebung abgegeben wird. Diese Wärmeverluste reduzieren den Wirkungsgrad der Wärmepumpeneinrichtung, wobei die Wärmeverluste umso größer sind, je höher die Temperatur des verdichteten heißen Kältemittels ist. In diesem Zusammenhang ist mit Bezug auf einen Rollkolbenverdichter von Nachteil, dass das gesamte Gehäuse des Verdichters mit innenliegender Motor-Pumpe-Einheit durch das verdichtete heiße Kältemittel durchströmt wird.
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Ein weiteres Problem besteht im Allgemeinen darin, dass der Verdichter nur gasförmiges Kältemittel verdichten kann und, falls trotzdem flüssiges Kältemittel in den Verdichter gelangen sollte, dies den Verdichter beschädigen kann. Deshalb wird das Kältemittel im Verdampfer in der Regel überhitzt, d.h. oberhalb der Taulinie weiter überhitzt. Dabei findet keine Verdampfung mehr statt und deshalb wird auch keine nennenswerte Wärmeenergie mehr übertragen. Für diese Funktion muss der Verdampfer größer ausgelegt werden als durch den eigentlichen Verdampfungsvorgang erforderlich. Dies kostet Bauraum, der insbesondere bei einem wasserführenden Haushaltsgerät wie beispielsweise einer Geschirrspülmaschine nur beschränkt zur Verfügung steht.
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Es ist ausgehend vom Vorbeschriebenen die Aufgabe der Erfindung, einen Rollkolbenverdichter der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass konstruktiv ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Rollkolbenverdichter der eingangs genannten Art, der sich dadurch auszeichnet, dass die Motoreinheit kältemitteleingangsseitig des Kältemittelkanals angeordnet ist, wobei die Rollkolbenpumpe der Motoreinheit in Durchströmungsrichtung des Kältemittelkanals vom Kältemitteleingang zum Kältemittelausgang nachgeschaltet ist, so dass eine Kältemittelumspülung der Motoreinheit vor Eintritt von Kältemittel in die Rollkolbenpumpe gegeben ist.
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Im Unterschied zum Stand der Technik schlägt die Erfindung eine Konstruktion vor, dergemäß nicht das verdichtete, gasförmige und heiße Kältemittel in das Gehäuse zur Umspülung der Motoreinheit ausgestoßen wird, sondern vielmehr eine saugseitige Anordnung der Motoreinheit vorgesehen ist, so dass eine Kältemittelumspülung der Motoreinheit mittels noch nicht verdichtetem und somit kühlerem Kältemittel stattfindet. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Motoreinheit kältemitteleingangsseitig des Kühlmittelkanals angeordnet ist. Dabei meint „kältemitteleingangsseitig“, dass die Motoreinheit und die Rollkolbenpumpe in Relation derart zueinander angeordnet sind, dass die Rollkolbenpumpe der Motoreinheit in Durchströmungsrichtung des Kältemittelkanals vom Kältemitteleingang zum Kältemittelausgang nachgeschaltet ist. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall umspült mithin in den Rollkolbenverdichter eingefördertes Kältemittel zunächst die Motoreinheit, bevor dieses zur Rollkolbenpumpe gelangt, wo dann eine Verdichtung stattfindet.
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Das die Rollkolbenpumpe verlassende, verdichtete und heiße Kältemittel kann ggf. erneut der Motoreinheit zur Umspülung derselben aufgegeben werden. Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist insofern allein, dass wenigstens eine Umspülung der Motoreinheit mit noch nicht verdichtetem Kältemittel stattfindet, bevor dieses Zwecks Verdichtung zur Rollkolbenpumpe gelangt. Durch eine Beaufschlagung der Motoreinheit mit noch nicht verdichtetem und somit vergleichsweise kühlem Kältemittel wird ein verbesserter Wirkungsgrad der Motoreinheit und damit des gesamten Rollkolbenverdichters erreicht. Darüber hinaus wird eine Verminderung der thermischen Belastung der Motoreinheit erreicht, was zu einer längeren Lebensdauer führt. Im Ergebnis ist es so gestattet, die Motoreinheit und damit den gesamten Rollkolbenverdichter bei gleicher Leistung in der Baugröße zu reduzieren, so dass der erfindungsgemäße Rollkolbenverdichter einen verringerten Bauraum im Unterschied zu einem herkömmlichen Rollkolbenverdichter benötigt. Insbesondere der verringerte Bauraumbedarf ist bei der Verwendung in einer Wärmepumpeneinrichtung einer Geschirrspülmaschine von Vorteil.
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Als Verdichtertypen für eine Wärmepumpeneinrichtung einer Geschirrspülmaschine bieten sich insbesondere horizontale Rollkolbenverdichter an. Sie sind einfach aufgebaut, sehr kompakt und lassen sich deshalb gut in den vorhandenen Bauraum einer Geschirrspülmaschine integrieren. Von Nachteil ist allerdings, dass Rollkolbenverdichter konzeptbedingt das verdichtete, gasförmige und heiße Kältemittel in das eigene Gehäuse ausstoßen. Dabei sind derartige Verdichter vollhermetisch ausgebildet, was bedeutet, dass sich auch die Motoreinheit innerhalb des Gehäuses befindet. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall nimmt deshalb der gesamte Verdichter während einer Aufheizung die Temperatur des verdichteten, heißen Kältemittels an, welche auf 100°C ansteigen kann. Wegen dieser hohen Temperatur am Gehäuse entstehen erhöhe Wärmeverluste durch Strahlungswärme und freie Konvektion. Ein Großteil dieser Abwärme wird auf andere Komponenten im Sockelbereich der Geschirrspülmaschine übertragen, ebenso auf den Küchenboden und benachbarte Küchenmöbel, und bleibt daher für einen von der Geschirrspülmaschine absolvierten Spülprozess ungenutzt.
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Ein weiterer Nachteil vorbekannter Rollkolbenverdichter besteht darin, dass eine höhere Temperatur der Motoreinheit deren Wirkungsgrad reduziert. Hohe Temperaturen der Motoreinheit bewirken grundsätzlich eine Erhöhung des elektrischen Leitungswiderstandes und verschlechtern somit den Wirkungsgrad. Dieser kann auch alternativ durch ein größeres Motorpaket - bei gleicher Leistung - erhöht werden. Durch diese Maßnahme reduziert sich aber die Leistungsdichte der Motoreinheit. Das hat den Nachteil, dass der Verdichter aufgrund der größeren Motoreinheit mehr Bauraum beansprucht, welcher insbesondere bei einer Geschirrspülmaschine im Sockelbereich nur sehr eingeschränkt zur Verfügung steht.
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Zu hohe Temperaturen der Motoreinheit sind zudem kritisch in Bezug auf die Lebensdauer der Motoreinheit, da zu hohe Temperaturen die Isolation der Statorwicklung zerstören können. Es besteht somit auch diesbezüglich der Wunsch, den Verdichter aktiv oder passiv zu kühlen, und dabei gleichzeitig die Wärme möglichst für den Spülprozess nutzbar zu machen.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird dies erreicht und die voraufgeführten Nachteile können vermieden werden. Denn anders als bei der vorbekannten Konstruktion wird bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Kühlung der Motoreinheit dadurch bewirkt, dass noch nicht verdichtetes Kältemittel zur Umspülung der Motoreinheit genutzt wird. Es wird so eine sehr viel effektivere Kühlung der Motoreinheit erreicht, so dass die schon vorstehend aufgeführten Vorteile erreicht werden können.
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Mit der Erfindung werden zwei alternative Ausführungsformen vorgeschlagen. Gemäß einer ersten Alternative erfolgt eine direkte Beaufschlagung der Motoreinheit mit noch nicht verdichtetem, vergleichsweise kühlem Kältemittel. Infolge dieser direkten Beaufschlagung wird die Motoreinheit von dem Kältemittel umspült und es gelangt alsdann zur Rollkolbenpumpe. Hier findet eine Verdichtung des Kältemittels statt, das alsdann nicht in das Gehäuse ausgestoßen, sondern unmittelbar in den Strömungskreislauf der Wärmepumpeneinrichtung abgegeben wird.
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Gemäß einer zweiten alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine doppelte Gehäusekonstruktion vorgesehen. Danach ist der Rollkolbenverdichter zweifach eingehaust und verfügt über ein erstes Gehäuse sowie über ein zweites Gehäuse. Dabei umgibt das zweite Gehäuse das erste Gehäuse unter Belassung eines Zwischenraums. Dieser Zwischenraum wird im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall mit noch nicht verdichtetem, kühlem Kältemittel beaufschlagt, was zu einer indirekten Beaufschlagung und Umspülung der Motoreinheit mit Kältemittel führt. Sobald das Kältemittel den Zwischenraum zwischen den beiden Gehäusen passiert hat, gelangt es zur Rollkolbenpumpe, wo in an sich bekannter Weise eine Verdichtung des Kältemittels stattfindet. Das verdichtete, heiße Kältemittel wird in das Innengehäuse des Rollkolbenverdichters ausgestoßen und passiert die Motoreinheit, bevor es in den Strömungskreislauf der Wärmepumpeneinrichtung abgegeben wird. Gemäß dieser Konstruktion erfolgt demnach eine zweifache Umspülung der Motoreinheit mit Kältemittel, und zwar einmal mit unverdichtetem Kältemittel und ein zweites Mal mit verdichtetem Kältemittel.
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Beiden Ausführungsalternativen ist gemein, dass vor einem Eintritt des Kältemittels in die Rollkolbenpumpe eine Umspülung der Motoreinheit mit noch nicht verdichtetem, vergleichsweise kühlem Kältemittel stattfindet. Dabei sieht die erste Alternative eine direkte Beaufschlagung der Motoreinheit mit Kältemittel vor, wohingegen die zweite Alternative eine indirekte Beaufschlagung vorsieht. In beiden Fällen ist aber durch die zumindest einmalige Beaufschlagung der Motoreinheit mit nicht verdichtetem Kältemittel sichergestellt, dass eine im Unterschied zum Stand der Technik deutlich verringerte Temperaturbelastung der Motoreinheit erreicht ist, was aus den schon vorerläuterten Gründen den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Motoreinheit und damit auch des Rollkolbenverdichters erhöht.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motoreinheit einen Rotor und einen den Rotor unter Belassung eines Spaltraums umgebenden Stator aufweist, wobei der Spaltraum als Teil des Kältemittelkanals ausgebildet ist. Gemäß dieser ersten Ausführungsalternative reicht der Kältemittelkanal vom Kältemitteleingang zum Kältemittelausgang, wobei ein Teil dieser Wegstrecke der Spaltraum zwischen Rotor und Stator ist. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt mithin eine direkte Beaufschlagung der Motoreinheit mit unverdichtetem Kältemittel, das über den Kältemitteleingang in den Verdichter gelangt und nach einem Passieren der Motoreinheit der Rollkolbenpumpe zugeführt wird. Das die Rollkolbenpumpe verlassende, verdichtete und heiße Kältemittel gelangt direkt zum Kältemittelausgang und wird in den Strömungskreislauf der Wärmepumpeneinrichtung übergeben.
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Gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindungsalternative ist vorgesehen, dass der Kältemitteleingang zum Spaltraum axial beabstandet stirnseitig des Gehäuses ausgebildet ist. Es ist also im Unterschied zum Stand der Technik kein radial ausgerichteter Anschluss vorgesehen, mittels dem eine direkte Beaufschlagung der Rollkolbenpumpe stattfindet. Es findet vielmehr eine direkte Beaufschlagung der Motoreinheit mit Kältemittel statt, das konstruktiv dadurch erreicht ist, dass der Kältemitteleingang stirnseitig des Gehäuses ausgebildet ist, und zwar zum Spaltraum axial beabstandet. Durch diese Positionierung des Kältemitteleingangs ist in vorteilhafter Weise erreicht, dass in den Verdichter gefördertes Kältemittel direkt zur Motoreinheit zur Umspülung derselben gelangt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältemittelausgang dem Kältemitteleingang gegenüberliegend anderendseitig des Gehäuses ausgebildet ist. Demnach durchströmt das Kältemittel das Verdichtergehäuse von der einen zur anderen Stirnseite, wobei das Kältemittel zuerst die Motoreinheit passiert, alsdann zur Rollkolbenpumpe gelangt und von dort aus über den Kältemittelausgang austritt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältemittelausgang von einer das Gehäuse durchgreifenden und mit der Rollkolbenpumpe in strömungstechnischer Verbindung stehenden Rohrleitung bereitgestellt ist. Es findet mithin kein Ausstoß von verdichtetem heißem Kältemittel in das Gehäuse statt. Dieses wird vielmehr nach einer Verdichtung in der Rollkolbenpumpe aus dem Verdichtergehäuse herausgeführt, indem es einer Rohrleitung aufgegeben wird, dass das Verdichtergehäuse durchgreift.
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Gemäß der zweiten Erfindungsalternative ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass ein das Gehäuse unter Belassung eines Zwischenraums von einem zweiten Gehäuse umgeben ist. In schon vorbeschriebener Weise ist gemäß dieser Erfindungsalternative ein doppelwandiges Gehäuse vorgesehen, das über ein erstes Gehäuse, auch Innengehäuse genannt und ein zweites Gehäuse, auch Außengehäuse genannt, besteht. Dabei sind das Außen- und das Innengehäuse unter Belassung eines Zwischenraums voneinander beabstandet. Dieser Zwischenraum ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als Teil des Kältemittelkanals ausgebildet. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall kann so eine Beaufschlagung des Zwischenraums mit noch nicht verdichtetem Kältemittel stattfinden. Dieses gelangt nach einem Passieren des Zwischenraums zur Rollkolbenpumpe, wo eine Verdichtung des Kältemittels stattfindet. Die Rollkolbenpumpe gibt das verdichtete, heiße Kältemittel in das Innengehäuse ab, so dass eine erneute Umspülung der Motoreinheit stattfindet, diesmal in an sich bekannter Weise mit verdichtetem, heißem Kältemittel.
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Gemäß dieser Ausführungsalternative ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass der Zwischenraum an den Kältemitteleingang strömungstechnisch angeschlossen ist. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall findet mithin eine direkte Beaufschlagung des Zwischenraums mit noch nicht verdichtetem Kältemittel statt, was zu einer indirekten Beaufschlagung der Motoreinheit mit Kältemittel führt. Die Motoreinheit wird mithin außenumfangsseitig mit noch nicht verdichtetem Kältemittel umspült, wodurch eine Kühlung der Motoreinheit bewirkt ist. Trotz einer späteren Beaufschlagung der Motoreinheit mit verdichtetem, heißem Kältemittel ist insgesamt eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Kühlung der Motoreinheit realisiert, so dass die schon vorstehend erläuterten Vorteile erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal dieser Alternative ist vorgesehen, dass der vom ersten Gehäuse bereitgestellte und die Rollkolbenpumpe sowie die Motoreinheit beherbergende Volumenraum an den Kältemittelausgang strömungstechnisch angeschlossen ist. Demnach wird vom Kältemittel zunächst der zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuse ausgebildete Zwischenraum durchströmt, bevor eine Verdichtung des Kältemittels in der Rollkolbenpumpe stattfindet. Das in der Rollkolbenpumpe verdichtete Kältemittel wird in den Volumenraum des inneren Gehäuses abgegeben, wobei das Innengehäuse wiederum an den Kältemittelausgang strömungstechnisch angeschlossen ist, so dass nach einem Passieren des vom ersten Gehäuse bereitgestellten Volumenraums ein Abgeben des Kältemittels über den Kältemittelausgang an den Strömungskreislauf der Wärmepumpeneinrichtung stattfinden kann.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kältemittelausgang von einer das erste und das zweite Gehäuse durchgreifenden Rohrleitung bereitgestellt ist. Demnach wird das verdichtete erhitzte Kältemittel aus dem vom ersten Gehäuse bereitgestellten Volumenraum abgeführt, ohne dass es zu einer nochmaligen Einleitung in den Zwischenraum kommt. Eine effektive Kühlung der Motoreinheit ist so sichergestellt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass kältemitteleingangsseitig der Rollkolbenpumpe ein Flüssigkeitsabscheider vorgesehen ist. Um sicherzustellen, dass in den Verdichter keine flüssigen Restbestandteile des Kältemittels gelangen, sind aus dem Stand der Technik vorbekannte Rollkolbenverdichter kältemitteleingangsseitig mit einem Flüssigkeitsabscheider ausgerüstet. Da gemäß der zweiten Erfindungsalternative keine direkte Beaufschlagung der Rollkolbenpumpe mit zu verdichtendem Kältemittel stattfindet, sondern konstruktiv vielmehr vorgesehen ist, dass dieses zunächst den Zwischenraum zwischen erstem Gehäuse und zweitem Gehäuse zu passieren hat, bedarf es bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung keines separat ausgebildeten Flüssigkeitsabscheiders. Dies erbringt insbesondere eine kompaktere Bauform, so dass weniger Bauraum benötigt wird. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit kann gleichwohl auch gemäß der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ein Flüssigkeitsabscheider vorgesehen sein. Dieser ist gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung als Blech ausgebildet, das im Zwischenraum zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse angeordnet ist. Durch dieses Blech wird eine Art Labyrinthführung erzielt, was bei im Kältemittel befindlicher Restfeuchte zu einer Abscheidung führt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech mit einer seiner Randkanten am ersten Gehäuse angeordnet ist und eine im ersten Gehäuse ausgebildete Ansaugöffnung abdeckt. Über die Ansaugöffnung gelangt das zu verdichtende Kältemittel zur vom ersten Gehäuse beherbergten Rollkolbenpumpe. Zu diesem Zweck ist eine Ansaugöffnung im ersten Gehäuse vorgesehen, durch die hindurch das zu verdichtende Kältemittel zur Rollkolbenpumpe strömt. Diese Ansaugöffnung ist mittels dem als Abscheider dienenden Blech abgedeckt, wodurch die schon vorerläuterte Labyrinthführung erreicht ist.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Blech im Bereich seiner dem ersten Gehäuse zugewandten Randkante eine Kapillarbohrung aufweist. Durch diese kann zwischen erstem und zweitem Gehäuse sich ansammelndes Verdichteröl wieder zurück in den Verdichter gelangen kann. Ein Hochstauen bis zur Überströmkante des Abscheidebleches und Überströmen in die Ansaugöffnung des ersten Gehäuses ist so sicher vermieden. Die Kapillarbohrung ist dabei so klein, dass flüssige Kältemitteltropfen nicht oder zumindest nicht in großen Mengen angesaugt werden können; die Kapillarbohrung wirkt diesbezüglich quasi als Drossel. Verdichteröl andererseits kann durch die Kapillarbohrung dagegen zumindest nach Prozessende wieder zurück in den Verdichter fließen.
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Mit der Erfindung wird des Weiteren eine Geschirrspülmaschine mit einer Wärmepumpeneinrichtung vorgeschlagen, die über einen Rollkolbenverdichter der erfindungsgemäßen Art verfügt. Eine solche Geschirrspülmaschine weist die schon vorstehend erläuterten Vorteile auf.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen
- 1 in schematischer Ansicht eine erfindungsgemäße Geschirrspülmaschine;
- 2 in einer stirnseitigen Ansicht einen erfindungsgemäßen Rollkolbenverdichter;
- 3 in schematischer Schnittdarstellung den Rollkolbenverdichter nach 2;
- 4 in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Geschirrspülmaschine gemäß einer Ausführungsalternative;
- 5 in schematisch perspektivischer Ansicht einen Rollkolbenverdichter gemäß einer alternativen Ausführungsform;
- 6 in schematischer Seitenansicht den Rollkolbenverdichter nach 5;
- 7 in schematischer Stirnansicht den Rollkolbenverdichter nach 5;
- 8 in schematischer Schnittdarstellung den Rollkolbenverdichter nach 7;
- 9 in schematischer Seitenansicht den Rollkolbenverdichter nach 5;
- 10 in schematischer Schnittdarstellung den Rollkolbenverdichter nach 9;
- 11 in schematisch perspektivischer Darstellung das Innengehäuse eines erfindungsgemäßen Rollkolbenverdichters gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 12 in schematisch perspektivischer Ansicht ein Innengehäuse eines erfindungsgemäßen Rollkolbenverdichters gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 13 in schematischer Ansicht eine Geschirrspülmaschine nach dem Stand der Technik;
- 14 in schematischer Darstellung ein Rollkolbenverdichter nach dem Stand der Technik;
- 15 in schematischer Seitenansicht den Rollkolbenverdichter nach 14;
- 16 in schematischer Seitenansicht den Rollkolbenverdichter nach 15;
- 17 in schematischer Schnittdarstellung den Rollkolbenverdichter nach 16;
- 18 in schematischer stirnseitiger Ansicht den Rollkolbenverdichter nach 14; und
- 19 in schematischer Schnittdarstellung den Rollkolbenverdichter nach 18.
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13 lässt eine Geschirrspülmaschine 1 nach dem Stand der Technik erkennen. Diese verfügt über einen Spülbehälter 2, der einen Spülraum 3 bereitstellt. Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall dient der Spülbehälter 2 der Aufnahme von zu reinigendem Spülgut 4.
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Zur Beschickung von zu reinigendem Spülgut 4 mit Spülflotte dient eine in den Figuren nicht näher dargestellte Sprüheinrichtung, die innerhalb des Spülbehälters 2 angeordnet ist. Diese Sprüheinrichtung ist an einen Wasserzulauf 5 strömungstechnisch angeschlossen.
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Die Geschirrspülmaschine 1 verfügt des Weiteren über eine Wärmepumpeneinrichtung 6. Diese weist einen Verdichter in Form eines Rollkolbenverdichters 11, einen Verflüssiger 10, ein Expansionsorgan in Form einer Drossel 9, einen Verdampfer 7 sowie einen diese Baukomponenten strömungstechnisch miteinander verbindenden Strömungskreislauf 13 auf, in dem ein Kältemittel geführt ist.
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Die in den Figuren beispielhaft dargestellte Wärmepumpeneinrichtung 6 ist eine sogenannte Wasser-Wasser-Wärmepumpeneinrichtung, dergemäß der Verdampfer 7 innerhalb eines Tanks 8 angeordnet ist, der mit Wasser als Wärmeträgermedium befüllt ist. Die im Weiteren erläuterte erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auf die Ausbildung einer Wärmepumpeneinrichtung 6 als Wasser-Wasser-Wärmepumpeneinrichtung nicht beschränkt. Auch mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpeneinrichtung ausgerüstete Geschirrspülmaschinen können in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein.
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Im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall der Wärmepumpeneinrichtung 6 findet mit Hilfe des Verflüssigers 10 ein Wärmeübertrag von dem im Strömungskreislauf 13 der Wärmepumpeneinrichtung 6 geführten Kältemittel auf die Spülflotte statt. Zu diesem Zweck ist ein an eine Umwälzpumpe 14 angeschlossener Umwälzkreislauf 15 vorgesehen, der der Spülflottenumwälzung dient. Die im Betriebsfall im Verflüssiger 10 durch Verflüssigung des Kältemittels frei werdende Wärmeenergie wird mithin auf die im Umwälzkreislauf 15 umgewälzte Spülflotte übertragen, zu welchem Zweck ein entsprechend ausgebildeter Wärmetauscher vorgesehen ist.
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Dem Verflüssiger 10 ist strömungstechnisch der Rollkolbenverdichter 11 vorgeschaltet, in dem das in gasförmiger Form vorliegende Kältemittel komprimiert und so auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Infolge einer solchen Kältemittelkomprimierung erwärmt sich der Rollkolbenverdichter 11, wobei die infolge der Erwärmung entstehende Abwärme für einen von der Geschirrspülmaschine 1 durchzuführenden Spülprozess nicht zur Verfügung steht.
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Um zu vermeiden, dass dem Rollkolbenverdichter 11 restfeuchtes Kältemittel zugeführt wird, ist ein Flüssigkeitsabscheider 12 vorgesehen, der dem Rollkolbenverdichter 11 in Durchströmungsrichtung des Strömungskreislaufs 13 vorgeschaltet ist.
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Ein Rollkolbenverdichter 11 nach dem Stand der Technik samt Abscheider 12 ist in den weiteren 14 bis 19 dargestellt. Wie sich aus einer Zusammenschau dieser Figuren ergibt, verfügt der Rollkolbenverdichter 11 über ein Gehäuse 22. Innerhalb des Gehäuses sind eine Rollkolbenpumpe 24 sowie eine Motoreinheit 25 angeordnet. Dabei steht die Motoreinheit 25 in Wirkverbindung mit der Rollkolbenpumpe 24, so dass im Betriebsfall eine Betätigung der Rollkolbenpumpe 24 mittels der Motoreinheit 25 ermöglicht ist.
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Die Rollkolbenpumpe 11 verfügt über einen sauggasseitigen Anschluss 16 einerseits sowie über einen heißgasseitigen Anschluss 17 andererseits. Dabei stellt der Anschluss 16 den Kältemitteleingang 20 und der Anschluss 17 den Kältemittelausgang 21 bereit.
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Wie insbesondere die Schnittdarstellung nach 19 erkennen lässt, verfügt die Motoreinheit 25 über einen Rotor 26 einerseits sowie über einen Stator 27 andererseits. Dabei umgibt der Stator 27 den Rotor 26 unter Belassung eines Spaltraums 28.
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Wie sich ebenfalls aus 19 ergibt, gelangt im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall Sauggas 18, d.h. nicht komprimiertes Kältemittel über den Anschluss 16 zur Rollkolbenpumpe 24. Es findet mithin eine direkte Beaufschlagung der Rollkolbenpumpe 24 mit nicht komprimiertem Kältemittel statt.
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Die Rollkolbenpumpe 24 sorgt für eine Komprimierung des Kältemittels, das als Heißgas 19 über die Ventilplatte 29 der Rollkolbenpumpe 24 abgegeben und in das Gehäuse 22 ausgestoßen wird. Das Heißgas 19 passiert den Spaltraum 28 zwischen Rotor 26 und Stator 27 und gelangt alsdann über den Anschluss 17 zum Kältemittelausgang 21.
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Gemäß der aus dem Stand der Technik vorbekannten Konstruktion erfolgt eine Kühlung der Motoreinheit 25 mit Heißgas 19. Dies führt zu einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau, was den Wirkungsgrad der Motoreinheit 25 nachteilig beeinflusst. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung schafft hier Abhilfe, wie sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der 1 bis 1 ergibt, wobei die 1 bis 3 eine erste Ausführungsalternative und die 4 bis 12 eine zweite Ausführungsalternative betreffen.
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1 zeigt eine Wärmepumpeneinrichtung 6 mit einem Strömungskreislauf 13 analog zu dem nach dem Stand der Technik gemäß 13, allerdings mit einem in erfindungsgemäßer Weise ausgebildeten Rollkolbenverdichter 11. Dieser verfügt über eine Rollkolbenpumpe 24, die direkt mit der Heißgasleitung 31 verbunden ist. Die Sauggasleitung 30 ist an das Gehäuse 22 angeschlossen.
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Wie sich insbesondere aus der Darstellung nach 3 ergibt, bewirkt die erfindungsgemäße Ausgestaltung, dass im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall über den Anschluss 17 Sauggas 18 in das Gehäuse 22 gefördert wird. Der Anschluss 17 stellt mithin den Kältemitteleingang 20 bereit.
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Das in das Gehäuse 22 einströmende Sauggas 18 umspült die Motoreinheit 25, indem es durch den Spaltraum 28 zwischen Rotor 26 und Stator 27 hindurchgeführt wird. Es erfolgt mithin eine direkte Beaufschlagung der Motoreinheit 25 mit noch nicht komprimiertem Kältemittel.
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Nach einem Durchströmen der Motoreinheit 25 gelangt das Kältemittel in an sich bekannter Weise zur Rollkolbenpumpe 24, wo eine Verdichtung stattfindet. Das die Rollkolbenpumpe 24 verlassende, komprimierte und heiße Kältemittel wird jedoch im Unterschied zum Stand der Technik nicht in das Gehäuse 22 entlassen, sondern gelangt über den Anschluss 16 zum Kältemittelausgang 21. Dabei ist der Anschluss 16 als Rohrleitung ausgebildet, der das Gehäuse 22 durchgreift. Es findet mithin eine Abgabe des komprimierten und auf ein höheres Temperaturniveau gebrachten Kältemittels über den Anschluss 16 in den Strömungskreislauf 13 der Wärmepumpeneinrichtung 6 statt.
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Eine Ausführungsalternative ist in den 4 bis 12 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsalternative verfügt der Rollkolbenverdichter 11 über ein zweites Gehäuse 33, das das erste Gehäuse 22 unter Belassung eines Zwischenraums 34 umgibt. Die Gehäuseanordnung und der sich zwischen den beiden Gehäusen 22 und 33 befindliche Zwischenraum 34 ist insbesondere in 8 zu erkennen.
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Der Zwischenraum 34 ist strömungstechnisch an den Anschluss 16 angeschlossen, der den Kältemitteleingang 20 bereitstellt. Über diesen Anschluss 16 strömt im bestimmungsgemäßen Verwendungsfall Sauggas 18 in den Zwischenraum 34, was zu einer Umspülung auch der Motoreinheit 25 mit noch nicht komprimiertem, vergleichsweise kühlem Kältemittel führt.
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Nach einem Passieren des Zwischenraums 34 gelangt das Kältemittel in an sich bekannter Weise zur Rollkolbenpumpe 24, und zwar in Entsprechung der in 8 eingezeichneten Pfeile. Hier findet eine Verdichtung des Kältemittels statt, das dann als Heißgas 19 in das innere Gehäuse 22 entlassen wird. Das Heißgas durchströmt den Spaltraum 28 zwischen Rotor 26 und Stator 27 und gelangt alsdann über den Anschluss 17 und den davon bereitgestellten Kältemittelausgang 21 in den Strömungskreislauf 13 der Wärmepumpeneinrichtung 6. Dabei ist der Anschluss 17 als Rohrleitung ausgebildet, die sowohl das erste Gehäuse 22 als auch das zweite Gehäuse 33 durchgreift.
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Wie insbesondere eine Zusammenschau der 5 bis 8 erkennen lässt, sind sowohl der Anschluss 16 als auch der Anschluss 17 auf der einen Stirnseite der Gehäuseanordnung ausgebildet. Es ist so einerseits eine kompakte Bauform erreicht sowie andererseits sichergestellt, dass durch die Gehäusekapselung ein Zwischenraum 34 entsteht, der als Teil des Kältemittelkanals 32 zwischen Kältemitteleingang und Kältemittelausgang 21 dient. Es ist so eine indirekte Beaufschlagung der Motoreinheit 25 mit noch nicht komprimiertem Kältemittel ermöglicht, so dass eine Umspülung der Motoreinheit 25 erreicht ist, die zu einer effektiveren Kühlung der Motoreinheit 25 führt.
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Der besondere Vorteil der zweiten Erfindungsalternative besteht darin, dass ein aus dem Stand der Technik an sich bekannter Rollkolbenverdichter zum Einsatz kommen kann, der mittels eines zweiten Gehäuses unter Belassung des Spaltraums 34 zusätzlich eingehaust ist. Durch diese konstruktiv vergleichsweise einfache Maßnahme wird eine Gesamtkonstruktion geschaffen, die eine sehr viel effektivere Kühlung der Motoreinheit 25 mit der Folge bewirkt, dass der Wirkungsgrad gesteigert wird, und dies bei gleichzeitiger verlängerter Lebensdauer.
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Das zweite Gehäuse 33 ist aus Metallblech gebildet, beispielsweise aus einem Aluminium- oder einem Stahlblech, das nach innen gerichtete Verprägungen aufweist, welche als Lagerstellen für das innenliegende Gehäuse 22 dienen. Diese Verprägungen stellen sicher, dass das Innengehäuse 22 zentrisch zum Außengehäuse 33 gelagert ist, und ein definierter Spalt zur Ausbildung des Zwischenraums 34 gewährleistet ist, durch welchen das Sauggas, d.h. das noch nicht komprimierte Kältemittel strömen kann. Bei dieser Variante ist ein Befestigungsblech für den Rollkolbenverdichter 11 am Außengehäuse 33 angeschweißt. Durch Anpassung der Wandstärke und Kontur der Verprägungen lässt sich eine Elastizität zwischen dem Innengehäuse 22 und dem Außengehäuse 33 realisieren.
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Gemäß einer Variante ist das Außengehäuse 33 mehrteilig aus einem Spritzgussmaterial aus Kunststoff gebildet. Ein Verdichterbefestigungsblech ist gemäß dieser Variante unverlierbar am Außengehäuse angebracht, beispielsweise durch Umspritzen.
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Gemäß einer dritten Variante besteht das Außengehäuse 33 aus einem Metall oder aus Kunststoff, wobei es nach innen gerichtete Abstandshalter aufweist, welche aus einem weichelastischen Material wie zum Beispiel TPE oder EPDM bestehen. Diese Abstandshalter stellen den notwendigen Spalt zwischen dem Innengehäuse 22 und dem Außengehäuse 33 sicher. Somit übernehmen sie die Funktion einerseits der Verprägungen, sorgen andererseits aber auch für eine schwingungsentkoppelte Lagerung des Innengehäuses im Außengehäuse.
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Dem Rollkolbenverdichter 11 ist im Unterschied zur Ausgestaltung nach dem Stand der Technik kein Flüssigkeitsabscheider 12 strömungstechnisch vorgeschaltet. Die Funktion des Flüssigkeitsabscheiders übernimmt das Außengehäuse 33 in Kombination mit einem Flüssigkeitsabscheideblech 35, wie sich dies insbesondere aus der Darstellung nach 10 ergibt. Das Abscheideblech 35 ist zwischen dem Innengehäuse 22 und dem Außengehäuse 33 angeordnet. Es umschließt dabei die Ansaugöffnung 38 und ist flüssigkeitsdicht mit dem Innengehäuse beispielsweise durch Verschweißen verbunden. Dabei ist das Abscheideblech 35 so geformt, dass es eine Verlängerung nach oben mit einer oberen Öffnung aufweist, sowie einer am unteren Ende nahe der Ansaugöffnung 38 befindliche Kapillarbohrung 37. Beide Öffnungen verbinden somit die Ansaugöffnung 38 mit dem Zwischenraum 34 zwischen Außengehäuse 33 und Innengehäuse 22.
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11 zeigt in einer schematisch perspektivischen Darstellung das Innengehäuse 22 mit einem angeschweißten Abscheideblech 35, welches im unteren Bereich die Ansaugöffnung 38 umschließt.
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12 zeigt hinsichtlich des Anschlusses 17 eine Variante, dergemäß eine verlängerte Anschlussleitung für das Heißgas vorgesehen ist.
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Die Erfindung nach den 1 bis 12 erweist sich gegenüber der vorbekannten Bauform nach den 13 bis 19 aus mehreren Gründen als vorteilhaft.
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Die Sauggaskühlung zwischen dem Außengehäuse 33 und dem Innengehäuse 22 ermöglicht eine Nutzung der Verdichterabwärme. Hierdurch wird der energetische Wirkungsgrad der Wärmepumpeneinrichtung 6 deutlich verbessert. Dieser Vorteil ist umso größer, je höher die für die Anwendung erforderlichen Verflüssigungstemperaturen sind. Hohe Verflüssigungstemperaturen sind zum Beispiel bei Wärmepumpeneinrichtungen für Geschirrspülmaschinen erforderlich.
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Die Motoreinheit 25 eines vollhermetischen Rollkolbenverdichters 11 wird im verdichteten, heißen Kältemittelgas betrieben, wodurch die Motoreinheit einer hohen Temperaturbelastung unterworfen ist. Durch die Sauggaskühlung nach der Erfindung kann die Lebensdauer der Motoreinheit 25 erhöht werden bzw. die Ausfallwahrscheinlichkeit wird reduziert.
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Der Sauggasanschluss kann nahezu beliebig gewählt werden und an den Bauraum bzw. die dortige Verrohrung optimiert angepasst werden. Bei den bisher bekannten Rollkolbenverdichtern muss dieser an einer bestimmten Stelle sein, damit die Funktion gegeben ist. Daher darf dessen Position und dessen Lage nicht verändert werden. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung lässt sich diese Anschlussposition verändern.
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Die Funktion des Flüssigkeitsabscheiders wird durch das Außengehäuse 33 und das Abscheideblech 35 übernommen. Aufgrund des Entfalls eines separaten Flüssigkeitsabscheiders 12 gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich ein Stückkostenvorteil.
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Durch eine zusätzliche mechanische Entkopplung zwischen den Innen- und dem Außengehäuse ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer störenden Akustik. Die Lagerung zwischen Innen- und Außengehäuse dient als Schwingungsdämpfer, wodurch sich geräuscharme Verdichter realisieren lassen, was insbesondere für den bestimmungsgemäßen Betrieb einer Geschirrspülmaschine in Wohnräumen von Vorteil ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist zudem von Vorteil, dass keine oder nur geringe Schwingungen auf die Verrohrung übertragen werden, weshalb keine zusätzlichen konstruktiven Maßnahmen außerhalb des Verdichters 11 erforderlich sind, um unzulässig hohe mechanische Wechselbelastungen an der Verrohrung zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geschirrspülmaschine
- 2
- Spülbehälter
- 3
- Spülraum
- 4
- Spülgut
- 5
- Wasserzulauf
- 6
- Wärmepumpeneinrichtung
- 7
- Verdampfer
- 8
- Tank
- 9
- Drossel
- 10
- Verflüssiger
- 11
- Rollkolbenverdichter
- 12
- Flüssigkeitsabscheider
- 13
- Strömungskreislauf
- 14
- Umwälzpumpe
- 15
- Umwälzkreislauf (Spülflotte)
- 16
- Anschluss
- 17
- Anschluss
- 18
- Sauggas
- 19
- Heißgas
- 20
- Kältemitteleingang
- 21
- Kältemittelausgang
- 22
- Gehäuse
- 23
- Baugruppe (Rollkolbenpumpe und Motoreinheit)
- 24
- Rollkolbenpumpe
- 25
- Motoreinheit
- 26
- Rotor
- 27
- Stator
- 28
- Spaltraum
- 29
- Ventilplatte
- 30
- Sauggasleitung
- 31
- Heißgasleitung
- 32
- Kältemittelkanal
- 33
- Zweites Gehäuse
- 34
- Zwischenraum
- 35
- Abscheideblech
- 36
- Randkante
- 37
- Kapillarbohrung
- 38
- Ansaugöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3505040 A1 [0002]
- DE 102018102546 A1 [0006]