DE102021202230A1

DE102021202230A1 - Kondensationstrockner mit Wärmepumpe und Umluftanteil sowie Verfahren zu seinem Betrieb

Info

Publication number: DE102021202230A1
Application number: DE102021202230.8A
Authority: DE
Inventors: Alvaro Harbach; Martin Korte; Andreas Stolze
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15
Also published as: CN116981805A; EP4305231A1; US20240167215A1; WO2022189115A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner 1 mit einer Trommel 2 für zu trocknende Wäschestücke, einem Zuluftkanal 3, einem Abluftkanal 4, von dem ein Umluftkanal 5 abzweigt, der vor einem Trommeleingang 6 in den Zuluftkanal 3 einmündet, einem Gebläse 7, einer Wärmepumpe 8,9,10,11 mit einem Verflüssiger 8, der im Zuluftkanal 3 angeordnet ist, einem Verdampfer 9, der im Abluftkanal 4 angeordnet ist, einer Drossel 10 und einem Kompressor 11, sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung, wobei der Kondensationstrockner 1 so eingerichtet ist, dass in einem darin durchgeführten Trocknungsprogramm feuchtwarme Prozessluft aus der Trommel 2 in einem stromabwärts durch den Verdampfer 9 begrenzten Abluftkanalteil 12 im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt wie Zuluft in einem den Verflüssiger 8 enthaltenden Eingangsteil 13 des Zuluftkanals 3, und die die Trommel 2 verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit Frelaufweist, für die Frelmin≤ Frel≤ Frelmaxgilt, wobei Frelminein vorgegebener Minimalwert und Frelmaxein im Trocknungsprogramm erreichbarer Maximalwert der relativen Luftfeuchtigkeit ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein bevorzugtes Verfahren zum Betrieb dieses Kondensationstrockners.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner mit Wärmepumpe und Umluftanteil sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Kondensationstrockner mit einer Trommel für zu trocknende Wäschestücke, einem Zuluftkanal, einem Abluftkanal, von dem ein Umluftkanal abzweigt, der vor einem Trommeleingang in den Zuluftkanal einmündet, einem Gebläse, einer Wärmepumpe mit einem Verflüssiger, der im Zuluftkanal angeordnet ist, einem Verdampfer, der im Abluftkanal angeordnet ist, einer Drossel und einem Kompressor, sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung; sowie ein bevorzugtes Verfahren zu seinem Betrieb.
Im Allgemeinen werden Wäschetrockner als Abluft- oder Kondensationstrockner betrieben. Kondensationstrockner, deren Funktionsweise auf der Kondensation der mittels warmer Prozessluft verdampften Feuchtigkeit aus der Wäsche beruht, ermöglichen eine Energierückgewinnung aus der erwärmten Prozessluft, beispielsweise durch Verwendung einer Wärmepumpe. Das im Kondensationstrockner anfallende Kondensat wird gesammelt und entweder abgepumpt oder durch manuelles Entleeren eines Auffangbehälters entsorgt.
Bei Ablufttrocknern wird dagegen im Allgemeinen die nach dem Durchgang durch eine Wäschetrommel mit Feuchtigkeit beladene Luft aus dem Trockner geleitet. Eine Wärmerückgewinnung findet hierbei häufig nicht statt.
Ablufttrockner mit Wärmerückgewinnung sind jedoch bekannt. So beschreibt die Veröffentlichung DE 30 00 865 A1 einen Wäschetrockner mit Wärmerückgewinnung. Der Wäschetrockner besteht aus einem die Wäsche aufnehmenden und bewegenden Behälter, in welchen ein von einem Heizelement erwärmter Zuluftstrom mündet, während die feuchte Warmluft als Abluft über einen Auslass geführt wird. Im Zuluftstrom ist vor dem Heizelement ein Wärmetauscher angeordnet, der von der feucht-heißen Abluft aus dem Behälter durchströmt wird.
Die Veröffentlichung DE 197 31 826 A1 beschreibt einen Wäschetrockner mit einem System zur Wärmerückführung (z.B. eine Wärmepumpe), bei dem der weitgehend geschlossene Luftkreislauf an zwei vorgegebenen Stellen durch zwei Öffnungen die zirkulierende Luft mit der Raumluft austauschen kann, um die Trocknungs- und Kondensationstemperatur auf den vorgegebenen Werten zu halten.
In der Veröffentlichung EP 2037034 B1 ist ein Ablufttrockner mit einer Wärmepumpe und einer Reinigungseinrichtung für den Verdampfer beschrieben.
Ablufttrockner mit Wärmerückgewinnung sind auch in den Veröffentlichungen US 2012/0030960 A1 und DE 10 2008 055 087 A beschrieben.
In der Veröffentlichung DE 40 23 000 C2 ist ein Wäschetrockner mit einem Wärmepumpenkreis beschrieben, bei dem im Prozessluftkanal zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer eine Zuluftöffnung angeordnet ist, die mit einer steuerbaren Verschlussvorrichtung verschließbar ist.
Die Veröffentlichung DE 43 06 217 B4 beschreibt einen programmgesteuerten Wäschetrockner mit einer Wäschetrommel, bei dem die Prozessluft mittels eines Gebläses in einem geschlossenen Prozessluftkanal, der Verschlusseinrichtungen aufweist, durch die Wäschetrommel gefördert wird. Der Wäschetrockner weist zudem einen zum Ausfällen der Feuchtigkeit in der Prozessluft aus der Wäschetrommel eingerichteten Wärmepumpenkreis aus Verdampfer, Kompressor und Kondensator auf. Die Verschlusseinrichtungen sind so angeordnet, dass die Führung der Prozessluft von einer Prozessphase abhängt.
Bei einem Ablufttrockner mit einer Wärmepumpe wird der Abluft aus der Trocknungskammer, in der Regel eine Trommel, durch den Verdampfer der Wärmepumpe Wärme entzogen, die über den Verflüssiger wieder der Zuluft zugeführt wird. Da der Ablufttrockner ein offenes System ist, wird im Gegensatz zu einem Kondensationstrockner mit einem geschlossenen Prozessluftkreis neben der latenten Wärme auch sensible Wärme zurückgewonnen. Dadurch kann ein Ablufttrockner mit Wärmerückgewinnung trotz eines Kondensationswirkungsgrades von beispielsweise kleiner als 50 % einen geringeren Energieverbrauch haben als ein Kondensationstrockner.
Abhängig vom Wirkungsgrad der Wärmepumpe wird Wärme aus der Umgebung der Wärmepumpe eingekoppelt. Für einen effizienteren Betrieb wäre dennoch ein höherer Kondensationswirkungsgrad wünschenswert.
Um bei einer offenen Luftführung den Kondensationswirkungsgrad über 80 % heben zu können, sind im Stand der Technik zusätzlich Wärmeüberträger im Kältekreislauf - Enthitzer oder Unterkühler - beschrieben. In einem geschlossenen System führt die kontinuierlich eingebrachte Kompressorleistung zu einer zunehmenden Erwärmung des Trockners. Steht dieser Leistungseintrag nicht im Gleichgewicht mit einem Energieverlust, beispielsweise durch Bauteilerwärmung, Strahlung, Konvektion oder Leckage, kann das System überhitzen und dadurch die Effizienz der Wärmepumpe sinken. Als Gegenmaßnahme ist die Anwendung von aktiv gekühlten Zusatzwärmetauschern im Kältekreis oder von Luft-Luft-Wärmetauschern in der Prozessluft bekannt. Da in einem offenen System die Temperatur der Zuluft aus einem Aufstellraum nahezu konstant bleibt und nicht höher als die Umgebungstemperatur ist, kommt es bei üblichen Aufstellbedingungen des Kondensationstrockners zu keiner Überhitzung. Das konstant niedrige Temperaturniveau bedingt hohe Wirkungsgrade der Wärmepumpe.
Demgegenüber kann bei einem Ablufttrockner der Nachteil einer Gesamtenergiebilanz des Aufstellortes stehen, da die in der Regel wärmere Raumluft mehrmals durch kältere Außenluft ausgetauscht wird. Bei offenen Luftführungssystemen mit Kondensationswirkungsgraden größer 80 % ist dieser Nachteil aufgehoben, da die Abluft nicht aus dem Aufstellraum geführt werden muss.
Es ist außerdem bekannt, dass die Energieeffizienz eines Ablufttrockners durch ein Umluftsystem verbessert werden kann. Hierbei wird die mit Feuchtigkeit aus der Wäsche in der Trocknungskammer beladene Prozessluft teilweise wieder über die Heizvorrichtung dem Trocknungsprozess zugeführt.
Die Veröffentlichung DE 103 49 712 A1 beschreibt ein Verfahren zum Trocknen von Wäsche in einem Wäschetrockner mit einer Programmsteuereinrichtung, einer Trocknungskammer und einem Prozessluftkanal, in dem ein Gebläse zur Förderung der Trockenluft durch die Trocknungskammer sowie eine Heizeinrichtung angeordnet sind, wobei der Prozessluftkanal mit einer Frischluftzufuhr sowie einer Abluftabführung ausgebildet ist und wobei im Prozessluftkanal Mittel zur Trennung des Trockenluftstromes in einen Abluftanteil und einen Umluftanteil angeordnet sind.
Die Veröffentlichung DE 34 46 468 A1 beschreibt ein Verfahren zum Trocknen von Wäsche in einem Wäschetrockner mit einer antreibbaren Wäschetrommel, einem Gebläse, einer im Strömungsweg der Trocknungsluft angeordneten Heizung sowie einem gekühlten Kondensator, über den die Trocknungsluft nach Austritt aus der Wäschetrommel geführt wird, wobei die Trocknungsluft nach Austritt aus der Wäschetrommel in zwei Teilluftströme zerlegt wird. Der eine Teilluftstrom wird dem Kondensator zugeführt und der andere unter Umgehung des Kondensators dem aus dem Kondensator austretenden Teilluftstrom wieder beigemischt.
Die Veröffentlichung DE 34 19 743 C2 beschreibt einen Wäschetrockner mit einer Wäschetrommel, einem mit einem Zuluftanschluss versehenen Heizaggregat sowie einem Abluftanschluss, wobei zwischen Zuluftanschluss des Heizaggregats und Abluftanschluss unterschiedliche, die Betriebsweise des Trockners festlegende, Zusatzaggregate zuschaltbar anzuordnen sind. In einer Ausführungsform des Trockners ist zwischen dem Zuluftanschlussstutzen und dem Abluftanschlussstutzen ein Rezirkulationsteil zwischengeschaltet, in dem sich eine Luftsteuereinrichtung befindet, wodurch das Zu- und Abluftverhältnis des Trockners variiert werden kann.
Die Veröffentlichung DE 10 2007 042969 A1 beschreibt einen Trockner mit einer Trocknungskammer für zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkanal, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft und ein Gebläse zum Führen der erwärmten Prozessluft von einem Zulufteingang durch die Trocknungskammer zu einem Abluftausgang sowie mindestens ein Wärmetauscher befinden. Der Wärmetauscher ist zwischen der Trocknungskammer und dem Abluftausgang angeordnet. Vom Prozessluftkanal zweigt hinter der Trocknungskammer ein Umluftkanal ab, durch welchen ein Teil der Prozessluft zur Heizung führbar ist. Der mindestens eine Wärmetauscher kann durch einen Verdampfer und einen Verflüssiger einer Wärmepumpe gebildet sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es vor diesem Hintergrund, einen Kondensationstrockner mit einem offenen Luftsystem und einer Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung bereitzustellen, der eine hohe Energieeffizienz aufweist. Dabei soll ein Anteil der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trommel als Umluft benutzt werden. Außerdem war es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu seinem Betrieb bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch einen Kondensationstrockner sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb mit den Merkmalen der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in entsprechenden abhängigen Patentansprüchen aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit festgestellt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Kondensationstrockner mit einer Trommel zur Aufnahme von zu trocknenden Wäschestücken, einem Zuluftkanal, einem Abluftkanal, von dem ein Umluftkanal abzweigt, der vor einem Trommeleingang in den Zuluftkanal einmündet, einem Gebläse, einer Wärmepumpe mit einem Verflüssiger, der im Zuluftkanal angeordnet ist, einem Verdampfer, der im Abluftkanal angeordnet ist, einer Drossel und einem Kompressor, sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung, wobei der Kondensationstrockner so eingerichtet ist, dass in einem darin durchgeführten Trocknungsprogramm feuchtwarme Prozessluft aus der Trommel in einem stromabwärts durch den Verdampfer begrenzten Abluftkanalteil im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt wie Zuluft in einem den Verflüssiger enthaltenden Eingangsbereich des Zuluftkanals, und die die Trommel verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel≤ F^rel _max gilt, wobei F^rel _min ein vorgegebener Minimalwert und F^rel _max ein im Trocknungsprogramm erreichbarer Maximalwert der relativen Luftfeuchtigkeit ist.
Es wurde nämlich gefunden, dass eine Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit der Prozessluft am Trommelausgang die Trocknungseffizienz und/oder die Trocknungsgeschwindigkeit eines Kondensationstrockners verbessern. Beeinflusst wird der Luftzustand am Trommelausgang von der Größe des Luftvolumenstroms, von der Temperatur in der Trommel und der relativen Luftfeuchtigkeit der Prozessluft am Trommeleingang, von der Luftführung durch die Trommel sowie von der Wäschebeladung und der Wäscheart.
Die relative Luftfeuchtigkeit ist ein indirektes Maß für den Anteil der sensiblen Wärme der Prozessluft. Zwar wird bei einer offenen Luftführung mit einer Wärmepumpe, wie sie in dem erfindungsgemäßen Kondensationstrockner vorliegt, die sensible Wärme auch als Energie zurückgewonnen und dadurch die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht, aber für einen hohen Kondensationswirkungsgrad sollte dieser Anteil im Verhältnis zur latenten Wärme klein sein.
Die Dimensionierung eines Zusatzwärmetauschers zur Erfüllung des Kondensationswirkungsgrades, z.B. eines Unterkühlers, kann dann kleiner sein. Die Effizienz des Kondensationstrockners steigt jedenfalls bei der vorliegenden Erfindung.
Durch die Zumischung des Luftanteils mit höherer Wasserbeladung steigt die Wasserbeladung der Prozessluft vor bzw. nach dem Verflüssiger. Die relative Luftfeuchtigkeit am Trommeleintritt wird größer und die der Prozessluft am Trommelausgang ebenfalls.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners mündet der Umluftkanal in Fließrichtung der Zuluft nach dem Verflüssiger in den Zuluftkanal ein.
In einer mehr bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners mündet der Umluftkanal in Fließrichtung der Zuluft vor oder am Verflüssiger in den Zuluftkanal ein, führt also zu einer erhöhten Luftströmung durch den Verflüssiger.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass im Zuluftkanal vor und hinter dem Verflüssiger jeweils eine Durchflussmesseinrichtung angeordnet ist. Damit kann ein Anteil an zugefügter Umluft aus der Trommel bestimmt werden.
Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt ist ein Kondensationstrockner, bei dem der Abluftkanalteil und der Verflüssiger eine gemeinsame Wand haben, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, die den Umluftkanal bilden. Dabei ist es wiederum bevorzugt, dass sich die Vielzahl von Löchern in einem Eingangsbereich des Verflüssigers befindet.
Form und Anzahl der Löcher ist nicht beschränkt, sofern durch die Vielzahl dieser Löcher ein erfindungsgemäß erwünschter Umluftanteil realisiert werden kann.
Jedenfalls ist ein Kondensationstrockner bevorzugt, bei dem die Vielzahl von Löchern ausgestaltet ist, um in einem im Kondensationstrockner durchgeführten Trocknungsprogramm im Zusammenwirken mit dem Gebläse einen Luftvolumenstrom durch den Verflüssiger so zu gestalten, dass er zu 15 bis 50 Volumen-%, vorzugsweise zu 20 bis 40 Volumen-%, aus Umluft besteht. Der dadurch deutlich im Verhältnis zum Verdampfer gesteigerte Luftvolumenstrom über den Verflüssiger führt zusätzlich zur Verbesserung der Effizienz der Wärmepumpe. Bei unveränderter Effizienz können die Wärmetauscher, insbesondere auch ein Zusatzwärmetauscher, kleiner dimensioniert werden. Wird der Luftvolumenstrom über den Verflüssiger jedoch nicht angehoben, reduziert sich der Volumenstrom der Zu- und Abluft mit dem Ergebnis, dass bei gleicher Effizienz der Geräuschpegel des Kondensationstrockners sinkt.
Erfindungsgemäß kann eine Erhöhung des Umluftanteils beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Gebläseleistung und damit eine Förderleistung des Gebläses erhöht werden. Die Erhöhung der Gebläseleistung führt nämlich zu einer Zunahme des Unterdrucks im Zuluftkanal und einer Zunahme des Überdrucks im Abluftkanal. Dadurch steigt die Druckdifferenz für den Durchgang von Prozessluft aus der Trommel bzw. dem Abluftkanal in den Zuluftkanal, insbesondere in den Eingangsbereich des Verflüssigers.
Anzahl, Positionierung und Größe der Löcher sind im Allgemeinen bei der Ausführungsform mit einer Vielzahl von Löchern in einer gemeinsamen Wand festgelegt und damit nicht veränderbar. Allerdings kann der Kondensationstrockner vorteilhaft eine Vorrichtung aufweisen, welche eine Steuerung einer insgesamt wirksamen Öffnungsfläche der Vielzahl von Löchern gestattet. So kann eine solche Vorrichtung beispielsweise ausgestaltet sein, um einige Löcher vollständig oder teilweise abzudecken, wobei die Abdeckung auch beispielsweise mit einem teilweise luftdurchlässigen Schaumstoff realisiert sein kann, der den Luftdurchgang behindert. Eine weitere Abdeckungsmöglichkeit besteht in der Verwendung einer einstellbaren Jalousie.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners enthält die Wärmepumpe einen Zusatzkühler, auch als Unterkühler bezeichnet. Damit kann die Funktionsweise der Wärmepumpe besser gesteuert werden und insbesondere seine Überhitzung verhindert werden.
Allerdings ermöglicht die vorliegende Erfindung gerade die Vermeidung der Verwendung eines Zusatzkühlers. Dies ist der Fall, wenn der Anteil der Prozessluft im Umluftkanal, der in Ausführungsformen der Erfindung direkt in den Verflüssiger gelangt, ausreichend groß ist. In einer alternativen, mehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält daher die Wärmepumpe keinen Zusatzkühler.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist überdies ein Kondensationstrockner, bei dem in der Steuerungseinrichtung ein Zusammenhang zwischen einer Umdrehungszahl u des Gebläses und einem Verhältnis r zwischen einer Luftströmungsgeschwindigkeit vc im Verflüssiger und einer Luftströmungsgeschwindigkeit V_E im Verdampfer hinterlegt ist. Dies ermöglicht eine bessere Steuerung des Umluftanteils im erfindungsgemäßen Kondensationstrockner.
Schließlich ist auch ein Kondensationstrockner bevorzugt, bei dem am Ausgang aus der Trommel ein Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit F^rel der die Trommel verlassenden Prozessluft angeordnet ist. Denn es ist zwar möglich, die Erfindung anhand von Erfahrungswerten für die relative Luftfeuchtigkeit und deren Abhängigkeiten von verschiedenen Parametern durchzuführen. Eine Messung der relativen Luftfeuchtigkeit F^rel führt jedoch zu genaueren Ergebnissen. Dabei ist die zusätzliche Verwendung eines Temperatursensors am Ausgang aus der Trommel vorteilhaft.
In den einzelnen Kanälen wie dem Zuluftkanal, dem Umluftkanal und dem Abluftkanal können sich regelbare Verschlussvorrichtungen befinden, um die Steuerung der Luftströme und insbesondere des Anteils von Zuluft in einer Luftströmung durch den Verflüssiger zu verbessern. Als regelbare Verschlussvorrichtungen können beispielsweise Klappen verwendet werden, die unabhängig oder abhängig voneinander verschieden weit geöffnet werden können.
Der Trockner umfasst vorzugsweise eine elektrische Heizvorrichtung, so dass Prozessluft sowohl mittels des Verflüssigers als auch mittels der elektrischen Heizvorrichtung erwärmt werden kann. Da mit fortschreitendem Trocknungsgrad der im Kondensationstrockner zu trocknenden Wäschestücke die notwendige Energie für das Trocknen abnimmt, ist es zweckmäßig, die Heizvorrichtung entsprechend zu regeln, d.h. mit fortschreitendem Trocknungsgrad deren Heizleistung zu vermindern. Beim Kondensationstrockner der vorliegenden Erfindung kann darüber hinaus bei Vorliegen einer zu hohen Verdampfereintrittstemperatur in Abhängigkeit von der Temperatur der Umluftanteil verringert werden.
Durch die Verwendung eines Umluftkanals bzw. die Durchleitung der heißen, mit Feuchtigkeit beladenen Umluft durch den Umluftkanal zur Heizvorrichtung wird im Allgemeinen die Lufttemperatur vor der Heizvorrichtung angehoben. Aufgrund des vergrößerten Luftstroms über die Heizvorrichtung kann jedoch die Trommeleintrittstemperatur in einem zulässigen Bereich bleiben.
Zur Beschleunigung der Aufheizung der Prozessluft nach dem Einschalten des Kondensationstrockners kann beispielsweise unter Verwendung von regelbaren Verschlussvorrichtungen die Menge an Zuluft im Zuluftkanal so gesteuert werden, dass in einer Anfangsphase eines Trocknungsprogramms die Zufuhr von Zuluft gestoppt wird und nur mit Umluft als Prozessluft gearbeitet wird.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn Abluft, Zuluft und/oder Kältemittel jeweils in einem Kreuz- bzw. Gegenstromverfahren durch die entsprechenden Wärmetauscher geführt werden.
Der Verdampfer der Wärmepumpe befindet sich im Abluftkanal, um der feucht-warmen Luft aus der Trommel, die über den Abluftkanal im Allgemeinen in einen Aufstellraum fließt, Wärme zu entziehen.
Bei einem mit einer Wärmepumpe ausgestatteten Kondensationstrockner erfolgt die Kühlung der warmen, mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft im Wesentlichen im Verdampfer der Wärmepumpe, wo die übertragene Wärme zur Verdampfung eines im Wärmepumpenkreis eingesetzten Kältemittels verwendet wird. Das aufgrund der Erwärmung verdampfte Kältemittel der Wärmepumpe wird über einen Kompressor dem Verflüssiger der Wärmepumpe zugeführt, wo aufgrund der Kondensation des gasförmigen Kältemittels Wärme freigesetzt wird, die zum Aufheizen der Prozessluft bzw. der Zuluft vor Eintritt in die Trocknungskammer verwendet wird.
Das Gebläse ist beim erfindungsgemäßen Trockner vorzugsweise direkt nach dem Verflüssiger oder direkt vor dem Verflüssiger angeordnet.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines Kondensationstrockners mit einer Trommel zur Aufnahme von zu trocknenden Wäschestücken, einem Zuluftkanal, einem Abluftkanal, von dem ein Umluftkanal abzweigt, der vor einem Trommeleingang in den Zuluftkanal einmündet, einem Gebläse, einer Wärmepumpe mit einem Verflüssiger, der im Zuluftkanal angeordnet ist, einem Verdampfer, der im Abluftkanal angeordnet ist, einer Drossel und einem Kompressor, sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung, wobei der Kondensationstrockner so eingerichtet ist, dass in einem darin durchgeführten Trocknungsprogramm feuchtwarme Prozessluft aus der Trommel in einem stromabwärts durch den Verdampfer begrenzten Abluftkanalteil, im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt wie Zuluft in einem den Verflüssiger enthaltenden Eingangsbereich des Zuluftkanals, und die die Trommel verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel ≤ F^rel _max gilt, wobei F^rel _min ein vorgegebener Minimalwert und F^rel _max ein im Trocknungsprogramm erreichbarer Maximalwert der relativen Luftfeuchtigkeit ist, wobei das Gebläse durch die Steuerungseinrichtung so gesteuert wird, dass die die Trommel verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel ≤ F^rel _max gilt.
Der Ausdruck „im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt“ soll dabei dem Umstand Rechnung tragen, dass der Umluftanteil, d.h. der Anteil der Prozessluft der in Ausführungsformen der Erfindung durch die Vielzahl von Löchern als einer Ausführungsform des erfindungsgemäß verwendeten Umlaufkanal fließt, zu dieser Richtung quer oder sogar vertikal erfolgt und daher die Strömung im Abluft- und Umluftkanal beeinflusst.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Gebläse durch die Steuerungseinrichtung so gesteuert, dass ein Luftvolumenstrom durch den Verflüssiger zu 15 bis 50 Volumen-%, vorzugsweise zu 20 bis 40 Volumen-%, aus Umluft besteht.
Erfindungsgemäß ist überdies ein Verfahren bevorzugt, bei dem ein Verhältnis r zwischen einer Luftströmungsgeschwindigkeit vc im Verflüssiger und einer Luftströmungsgeschwindigkeit V_E im Verdampfer größer als 1, vorzugsweise größer als 1,2 ist.
Schließlich wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt nach Erreichen einer vorgegebenen minimalen Temperatur der die Trommel verlassenden Prozessluft durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt liegt dann im Allgemeinen eine sehr hohe relative Luftfeuchtigkeit F^rel am Trommelausgang vor, vorzugsweise sogar eine maximale relative Luftfeuchtigkeit F^rel _max . Die Erfindung ermöglicht dann die Beibehaltung einer solchen hohen relativen Luftfeuchtigkeit. Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit vorzugsweise in einer Haupttrocknungsphase durchgeführt.
Im Verlauf eines Trocknungsprogramms sinkt jedoch, insbesondere wenn die Haupttrocknungsphase, in welcher der größte Teil des Feuchtegehaltes der Wäschestücke entfernt wird, beendet ist, die relative Luftfeuchtigkeit F^rel der die Trommel verlassenden Prozessluft. Es kann daher sehr vorteilhaft auch in einer solchen der Haupttrocknungsphase nachgeschalteten Endphase eines Trocknungsprogramms beispielsweise durch Erhöhung der Drehzahl u des Gebläses eine Steigerung der relativen Luftfeuchtigkeit F^rel am Trommelausgang erreicht werden.
Wie bereits festgestellt, hat auch die Beladung mit Wäschestücken einen Einfluss auf die relative Luftfeuchtigkeit F^rel der Prozessluft. Vorteilhaft wird daher auf an sich bekannte Weise auch eine Beladung der Trommel mit Wäschestücken bestimmt. Es kann dann vorteilhaft in der Steuerungseinrichtung ein Zusammenhang zwischen der Beladung und F^rel _min bzw. F^rel _max hinterlegt sein, so dass diese Werte gezielter eingestellt werden können.
Der erfindungsgemäße Kondensationstrockner sowie das erfindungsgemäße Verfahren haben den Vorteil, dass dabei der Kondensationstrockner auf energieeffiziente Weise mit einem hohen Kondensationswirkungsgrad arbeiten kann. Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Kondensationstrockner mit einem offenen Luftsystem, einer Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung und zusätzlich einem Anteil der Prozessluft, der nach dem Ausgang aus der Trommel abgezweigt und vor oder nach dem Verflüssiger als Umluft wieder zugeführt wird, die Effizienz und/oder das Geräuschniveau des Kondensationstrockners verbessert werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen für den erfindungsgemäßen Kondensationstrockner und ein diesen Kondensationstrockner einsetzendes Verfahren. Dabei wird Bezug genommen auf die 1 bis 7.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kondensationstrockners aus dem Stand der Technik mit einer Wärmepumpe, wobei kein Zuluftkanal zur teilweisen Rückführung von Prozessluft aus der Trommel verwendet wird.
2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Kondensationstrockner von 1, in dem die Luftführung durch Zuluftkanal, Trommel und Abluftkanal gezeigt ist.
3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kondensationstrockner gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Teil der Prozessluft aus der Trommel über einen Umluftkanal einem Verflüssiger im Zuluftkanal zugeführt wird.
4 zeigt wie 3 einen vertikalen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kondensationstrockner gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Teil der Prozessluft aus der Trommel über einen Umluftkanal einem Verflüssiger im Zuluftkanal zugeführt wird. Im Unterschied zu 3 sind hier aus Übersichtsgründen keine Pfeile vorhanden, die das Fließen der Luft im Kondensationstrockner zeigen.
5 zeigt ein Schema, dass den Fluss von Prozessluft durch den Verflüssiger, die Trommel, den Verdampfer und einen Unterkühler gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners zeigt (dicke Pfeile), wobei die dünnen Pfeile den Fluss eines Kältemittels durch die Komponenten der verwendeten Wärmepumpe zeigen.
6 zeigt ein Schema, dass den Fluss von Prozessluft durch den Verflüssiger, die Trommel, den Verdampfer und einen Unterkühler gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners zeigt (dicke Pfeile), wobei die dünnen Pfeile den Fluss eines Kältemittels durch die Komponenten der verwendeten Wärmepumpe zeigen.
7 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen unteren Teil eines erfindungsgemäß verwendeten Kondensationstrockners, bei der insbesondere eine den Verflüssiger vom Abluftkanal trennende gemeinsame Wand zu sehen ist, die in einem Eingangsbereich des Verflüssigers eine Vielzahl von Löchern aufweist, die als ein Umluftkanal fungieren können.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kondensationstrockners 1 aus dem Stand der Technik mit einer Wärmepumpe, von der man hier den Verflüssiger 8 sowie den Verdampfer 9 erkennen kann. Bei diesem Kondensationstrockner wird kein Zuluftkanal zur teilweisen Rückführung von Prozessluft aus der Trommel 2 verwendet. Die Luftführung durch den Kondensationstrockner wird durch die Pfeile illustriert. Der helle Pfeil bedeutet Zuluft aus einem Aufstellraum des Kondensationstrockners, die im Zuluftkanal 3 aufgrund der Verwendung eines hier nicht gezeigten Gebläses befördert wird. Diese Zuluft wird im Verflüssiger 8 erwärmt und die dann erwärmte Prozessluft wird weiter zur und in die Trommel 2 geleitet. Die dann feuchtwarme Prozessluft verlässt die Trommel 2 am Trommelausgang 18. Die Prozessluft hat hier die vergleichsweise höchste Temperatur, was durch die schwarzen Pfeile gezeigt ist. Die feuchtwarme Prozessluft wird unter Kondensation (hier nicht gezeigt) der Feuchte im Verdampfer 9 abgekühlt und im Abluftkanal 4 in einen Aufstellraum des Kondensationstrockners 1 befördert. 17 bedeutet einen Unterkühler im Wärmepumpenkreis.
2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Kondensationstrockner 1 von 1, in dem die Luftführung durch Zuluftkanal 3, Trommel 2 und Abluftkanal 4 gezeigt ist. Gleiche Bezugszeichen haben hier die gleiche Bedeutung wie in 1. 7 bedeutet ein Gebläse.
3 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kondensationstrockner 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Teil der Prozessluft aus der Trommel 2 über einen Umluftkanal 5 einem Verflüssiger 8 im Zuluftkanal 3 zugeführt wird. Der Umluftkanal 5 befindet sich hier in einem Eingangsteil 13 des Zuluftkanals 3. 12 bedeutet einen Abluftteilkanal, in welchem die Prozessluft im Wesentlichen in der gleichen Richtung fließt wie im Zuluftkanal, also insbesondere im Verflüssiger 8. 7 bedeutet ein Gebläse und 17 einen Unterkühler. Der sich aufspaltende dicke Pfeil illustriert, wie ein Teil der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trommel 2 nach dem Trommelausgang 18 im Bereich des Verflüssigers 8 in diesen als Umluft eingeleitet wird.
4 zeigt wie 3 einen vertikalen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kondensationstrockner 1 gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Teil der Prozessluft aus der Trommel 2 über einen Umluftkanal 5 einem Verflüssiger 8 im Zuluftkanal 3 zugeführt wird. Im Unterschied zu 3 sind hier aus Übersichtsgründen keine Pfeile vorhanden, die das Fließen der Luft im Kondensationstrockner 1 zeigen. Weitere Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in 3.
5 zeigt ein Schema, das den Fluss von Prozessluft durch den Verflüssiger 8, die Trommel 2, den Verdampfer 8 und einen Unterkühler 17 gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners 1 zeigt (dicke Pfeile), wobei die dünnen Pfeile den Fluss eines Kältemittels durch die Komponenten der verwendeten Wärmepumpe zeigen. Das Kältemittel wird im Kältemittelkreis geführt, der hier zusätzlich noch eine Drossel 10 und einen Kompressor 11 aufweist. Der gebogene dicke Pfeil zeigt hier, dass ein Teil der Prozessluft aus der Trommel 2 nach dem Verflüssiger 8 in den hier nicht gezeigten, den Verflüssiger 8 enthaltenden, Zuluftkanal zurückgeführt wird.
6 zeigt ein Schema, das dargestellt durch dicke Pfeile den Fluss von Prozessluft durch den Verflüssiger 8, die Trommel 2, den Verdampfer 9 und einen Unterkühler 17 gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners 1 zeigt, wobei die dünnen Pfeile den Fluss eines Kältemittels durch die Komponenten der verwendeten Wärmepumpe zeigen. Das Kältemittel wird im Kältemittelkreis geführt, der hier zusätzlich noch eine Drossel 10 und einen Kompressor 11 aufweist. Der gebogene dicke Pfeil zeigt hier, dass ein Teil der Prozessluft aus der Trommel 2 im Vergleich zu 5 erfindungsgemäß bevorzugt vor bzw. am Verflüssiger 8 in den hier nicht gezeigten, den Verflüssiger 8 enthaltenden, Zuluftkanal zurückgeführt wird.
7 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf einen unteren Teil eines erfindungsgemäß verwendeten Kondensationstrockners, bei der insbesondere eine den Verflüssiger 8 vom hier nicht gezeigten Abluftkanal trennende gemeinsame Wand 14 zu sehen ist, die in einem Eingangsbereich 16 des Verflüssigers 8 eine Vielzahl von Löchern 15 aufweist. 13 bedeutet einen Eingangsteil des hier ebenfalls nicht gezeigten Zuluftkanals.

Bezugszeichenliste

1: Kondensationstrockner
2: Trommel zur Aufnahme von zu trocknenden Wäschestücken
3: Zuluftkanal
4: Abluftkanal
5: Umluftkanal
6: Trommeleingang
7: Gebläse
8: Verflüssiger
9: Verdampfer
10: Drossel
11: Kompressor
12: Abluftkanalteil
13: Eingangsbereich (des Zuluftkanals)
14: Gemeinsame Wand von Verflüssiger und Umluftkanalteil
15: Vielzahl von Löchern (in der gemeinsamen Wand)
16: Eingangsbereich des Verflüssigers
17: Zusatzkühler, Unterkühler (in der Wärmepumpe)
18: Ausgang (für Prozessluft aus der Trommel), Trommelausgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3000865 A1 [0004]
DE 19731826 A1 [0005]
EP 2037034 B1 [0006]
US 2012/0030960 A1 [0007]
DE 102008055087 A [0007]
DE 4023000 C2 [0008]
DE 4306217 B4 [0009]
DE 10349712 A1 [0015]
DE 3446468 A1 [0016]
DE 3419743 C2 [0017]
DE 102007042969 A1 [0018]

Claims

Kondensationstrockner (1) mit einer Trommel (2) zur Aufnahme von zu trocknenden Wäschestücken, einem Zuluftkanal (3), einem Abluftkanal (4), von dem ein Umluftkanal (5) abzweigt, der vor einem Trommeleingang (6) in den Zuluftkanal (3) einmündet, einem Gebläse (7), einer Wärmepumpe (8,9,10,11) mit einem Verflüssiger (8), der im Zuluftkanal (3) angeordnet ist, einem Verdampfer (9), der im Abluftkanal (4) angeordnet ist, einer Drossel (10) und einem Kompressor (11), sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationstrockner (1) so eingerichtet ist, dass in einem darin durchgeführten Trocknungsprogramm feuchtwarme Prozessluft aus der Trommel (2) in einem stromabwärts durch den Verdampfer (9) begrenzten Abluftkanalteil (12), im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt wie Zuluft in einem den Verflüssiger (8) enthaltenden Eingangsbereich (13) des Zuluftkanals (3), und die die Trommel (2) verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel≤ F^rel _max gilt, wobei F^rel _min ein vorgegebener Minimalwert und F^rel _max ein im Trocknungsprogramm erreichbarer Maximalwert der relativen Luftfeuchtigkeit ist.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umluftkanal (5) in Fließrichtung der Zuluft nach dem Verflüssiger (8) in den Zuluftkanal (3) einmündet.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umluftkanal (5) in Fließrichtung der Zuluft vor oder am Verflüssiger (8) in den Zuluftkanal (3) einmündet.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Zuluftkanal (3) vor und hinter dem Verflüssiger (8) jeweils eine Durchflussmesseinrichtung angeordnet ist.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftkanalteil (12) und der Verflüssiger (8) eine gemeinsame Wand (14) haben, die eine Vielzahl von Löchern (15) aufweist, die den Umluftkanal (5) bilden.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vielzahl von Löchern (15) in einem Eingangsbereich (16) des Verflüssigers (8) befindet.
Kondensationstrockner (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Löchern (15) ausgestaltet ist, um in einem im Kondensationstrockner (1) durchgeführten Trocknungsprogramm im Zusammenwirken mit dem Gebläse (7) einen Luftvolumenstrom durch den Verflüssiger (8) so zu gestalten, dass er zu 15 bis 50 Volumen-%, vorzugsweise zu 20 bis 40 Volumen-%, aus Umluft besteht.
Kondensationstrockner (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung aufweist, welche eine Steuerung einer insgesamt wirksamen Öffnungsfläche der Vielzahl von Löchern (15) gestattet.
Kondensationstrockner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (8,9,10,11) einen Zusatzkühler (17) enthält.
Kondensationstrockner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerungseinrichtung ein Zusammenhang zwischen einer Umdrehungszahl u des Gebläses (7) und einem Verhältnis r zwischen einer Luftströmungsgeschwindigkeit vc im Verflüssiger (8) und einer Luftströmungsgeschwindigkeit V_E im Verdampfer (9) hinterlegt ist.
Kondensationstrockner (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang (18) aus der Trommel (2) ein Feuchtigkeitssensor zur Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit F^rel der die Trommel (2) verlassenden Prozessluft angeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kondensationstrockners (1) mit einer Trommel (2) zur Aufnahme von zu trocknenden Wäschestücken, einem Zuluftkanal (3), einem Abluftkanal (4), von dem ein Umluftkanal (5) abzweigt, der vor einem Trommeleingang (6) in den Zuluftkanal (3) einmündet, einem Gebläse (7), einer Wärmepumpe (8,9,10,11) mit einem Verflüssiger (8), der im Zuluftkanal (3) angeordnet ist, einem Verdampfer (9), der im Abluftkanal (4) angeordnet ist, einer Drossel (10) und einem Kompressor (11), sowie einer Steuerungseinrichtung und einer Heizeinrichtung, wobei der Kondensationstrockner (1) so eingerichtet ist, dass in einem darin durchgeführten Trocknungsprogramm feuchtwarme Prozessluft aus der Trommel (2) in einem stromabwärts durch den Verdampfer (9) begrenzten Abluftkanalteil (12), im Wesentlichen in die gleiche Richtung fließt wie Zuluft in einem den Verflüssiger (8) enthaltenden Eingangsbereich (13) des Zuluftkanals (3), und die die Trommel (2) verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel≤ F^rel _max gilt, wobei F^relmin ein vorgegebener Minimalwert und F^rel _max ein im Trocknungsprogramm erreichbarer Maximalwert der relativen Luftfeuchtigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (7) durch die Steuerungseinrichtung so gesteuert wird, dass die die Trommel (2) verlassende Prozessluft eine relative Luftfeuchtigkeit F^rel aufweist, für die F^rel _min ≤ F^rel≤ F^rel _max gilt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (7) durch die Steuerungseinrichtung so gesteuert wird, dass ein Luftvolumenstrom durch den Verflüssiger (8) zu 15 bis 50 Volumen-%, vorzugsweise zu 20 bis 40 Volumen-%, aus Umluft besteht.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis r zwischen einer Luftströmungsgeschwindigkeit vc im Verflüssiger (8) und einer Luftströmungsgeschwindigkeit V_E im Verdampfer (9) größer als 1, vorzugsweise größer als 1,2 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es nach Erreichen einer vorgegebenen minimalen Temperatur der die Trommel (2) verlassenden Prozessluft durchgeführt wird.