DE19644710A1 - Trockner mit einem strömungsoptimierten Diffusor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von Wäsche.

Es sind Wäschetrockner bekannt, bei denen die zu trocknende Wäsche in eine Wäschetrommel eingebracht wird und der Wäschetrommel zum Trocknen der Wäsche heiße Prozeßluft zugeführt wird, die der Wäsche Feuchtigkeit entzieht. Die feuchte Prozeßluft wird aus der Wäschetrommel ausgeleitet und anschließend einem Wärmetauscher zugeführt, in dem der Luft die Feuchtigkeit durch Kondensation an einer kälteren Oberfläche entzogen wird. Das kondensierte Wasser wird dann vom Wärmetauscher abgeführt. Die entfeuchtete Prozeßluft wird wieder aufgeheizt und erneut der Wäschetrommel zugeführt. Zum Kühlen des Wärmetauschers wird durch Kühlluftkanäle im Wärmetauscher Kühlluft geschickt. Dazu ist ein Gebläse über einen Diffusor mit dem Wärmetauscher verbunden. Das Gebläse saugt Kühlluft von außen an und bläst sie in eine Eintrittsöffnung des Diffusors. Der Diffusor setzt den dynamischen Druck der vom Gebläse kommenden Kühlluft wenigstens teilweise in einen statischen Druck um, vermindert also die Strömungsgeschwindigkeit der Luftströmung. Zu diesem Zweck nimmt der Querschnitt eines innerhalb der Diffusorwandung gebildeten Strömungsraumes von der Eintrittsöffnung zu einer dem Wärmetauscher zugewandten Austrittsöffnung des Diffusors hin zu. Die Diffusorwandung besteht in den bekannten Ausführungsformen aus ebenen Teilwänden, wobei wenigstens zwei gegenüberliegende Teilwände in der Verlängerung zum Gebläse hin einen relativ großen Öffnungswinkel von insbesondere 90° einschließen. Der durchströmte Querschnitt des Strömungsraumes nimmt bei diesen bekannten Diffusoren von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung linear zu.

Die Erfindung beruht auf der durch numerische Simulation gewonnenen Erkenntnis, daß bei den bekannten Diffusoren die Strömung an der Austrittsöffnung relativ ungleichmäßig verteilt ist. Dieses Problem ist besonders stark bei relativ großen Öffnungswinkeln der beiden Seitenwände des Diffusors. Beim Einsatz eines solchen bekannten Diffusors zur Kühlluftführung von einem Gebläse zum Wärmetauscher in einem Wäschetrockner führt dies zu einer ungleichmäßigen und unvollständigen Kühlung des Wärmetauschers über die zur Verfügung stehende Wärmetauscherfläche. Dadurch ist die Effizienz (der Wirkungsgrad) des Wärmetauschers nicht optimal.

Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2.

Das Gerät gemäß Anspruch 1 zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von Wäsche, umfaßt

• a) einen Prozeßluftkreislauf mit einem Trockenraum zum Einbringen der zu trocknenden Gegenstände, Mitteln zum Einleiten von erwärmter Luft in den Trockenraum, einem Wärmetauscher und mit Mitteln zum Leiten der mit Feuchtigkeit angereicherten Luft vom Trockenraum zu dem Wärmetauscher und
• b) ein Kühlluftsystem mit einem Gebläse zum Erzeugen eines Kühlluftstromes und mit einem Diffusor zum Leiten des Kühlluftstromes auf den Wärmetauscher des Prozeßluftkreislaufes.

Der Diffusor weist eine Eintrittsöffnung für eine Gasströmung, eine Austrittsöffnung für die Gasströmung und einen die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung verbindenden Strömungsraum auf. Im Strömungsraum ist nun wenigstens ein Strömungsleitkörper angeordnet zum Erzeugen einer zumindest weitgehend homogenen Strömung an der Austrittsöffnung.

Durch das Einbringen von einem oder mehreren Strömungsleitkörpern in den Strömungsraum des Diffusors wird die Strömung so aufgeteilt und zur Austrittsöffnung geleitet, daß an der Austrittsöffnung des Diffusors eine gleichmäßigere Strömungsverteilung herrscht als ohne Strömungsleitkörper. Die jeweilige Zahl und Ausbildung der Strömungsleitkörper sowie deren Anordnung innerhalb des Strömungsraumes ist abhängig von der Geometrie des Diffusors, insbesondere den Abmessungen der Eintrittsöffnung, der Austrittsöffnung und des Strömungsraumes und von der Art der Strömung beim Eintritt in die Eintrittsöffnung des Diffusors, insbesondere von deren Strömungsverteilung (Flächenstrom = Anzahl der Teilchen pro Fläche und Zeit) über die Eintrittsöffnung sowie von deren Strömungsgeschwindigkeit (dynamischer Druck).

Da es in einem Trockner aufgrund der baulichen Gegebenheiten nur wenig Freiheitsgrade zur Veränderung der Geometrie des Diffusors gibt, erlaubt das Einbringen von individuell an die jeweilige feste Diffusorgeometrie angepaßten Strömungsleitkörpern gemäß der Erfindung eine Vergleichmäßigung der Strömung an der Austrittsöffnung des Diffusors. Dadurch erreicht man insbesondere eine bessere Ausnutzung des Wärmetauschers zum Auskondensieren der Feuchtigkeit in der Prozeßluft. Somit kann bei gleicher Auslegung des Gebläses die Entfeuchtung der Prozeßluft im Wärmetauscher gegenüber dem Stand der Technik erhöht werden und damit die Laufzeit des Trockners für einen Trockenvorgang verkürzt werden. Umgekehrt kann bei gleicher Trockenzeit das Gebläse kleiner ausgelegt werden, wodurch der Energieverbrauch und die Lärmemission des Geräts gegenüber dem Stand der Technik gesenkt werden können.

Die Zahl, Form und Anordnung der Strömungsleitkörper im Strömungsraum wird vorzugsweise mit Hilfe numerischer Simulationen oder anhand von Experimenten abhängig von der jeweiligen Diffusorgeometrie optimiert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Geräts mit dem Diffusor ergeben sich aus den vom Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen.

Demnach sind in einer vorteilhaften Ausführungsform wenigstens zwei Strömungsleitkörper in dem Strömungsraum angeordnet.

Wenigstens zwei der Strömungsleitkörper können vorzugsweise quer zueinander angeordnet sein. Dadurch kann die Strömung in zwei Richtungen senkrecht zur mittleren Strömungsrichtung aufgeteilt werden.

Wenigstens ein Strömungsleitkörper reicht vorzugsweise bis zur Austrittsöffnung des Diffusors. Damit erreicht man eine gezielte Leitung der Strömung bis zur Austrittsöffnung.

Vorteilhaft ist ferner eine spiegelsymmetrische Ausbildung des Strömungsraums und eine symmetrische Anordnung des wenigstens einen Strömungsleitkörpers im Strömungsraum.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren

Fig. 1 bis 5 die Ergebnisse numerischer Simulationen für verschiedene Ausführungsbeispiele eines Diffusors gemäß der Erfindung mit jeweils einer unterschiedlichen Zahl oder Ausbildung von Strömungsleitkörpern und

Fig. 6 ein Diffusor gemäß dem Stand der Technik sowie

Fig. 7 ein Gerät zum Trocknen von Wäsche jeweils schematisch veranschaulicht sind. Einander entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In den Fig. 1 bis 7 sind ein Diffusor mit 2, eine Eintrittsöffnung des Diffusors 2 mit 3, eine Austrittsöffnung des Diffusors 2 mit 4, eine Diffusorwandung des Diffusors 2 mit 5, ein von der Diffusorwandung 5 begrenzter, von der Eintrittsöffnung 3 zur Austrittsöffnung 4 verlaufender Strömungsraum des Diffusors 2 mit 6, ein Wärmetauscher mit 7 und ein Gebläse mit 8 bezeichnet.

Das Gebläse 8 (nur in Fig. 1 und Fig. 7 dargestellt) erzeugt einen mit K bezeichneten Kühlluftstrom, der durch die Eintrittsöffnung 3 in den Strömungsraum 6 des Diffusors 2 einströmt. Der. Diffusor 2 hat die Funktion, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit der an seiner Eintrittsöffnung 3 eintretenden Kühlluftströmung K herabzusetzen. Dies entspricht einer wenigstens teilweisen Umwandlung des dynamischen Drucks der Kühlluftströmung K in einen statischen Druck innerhalb des Strömungsraums 6 des Diffusors 2. Zur strömungsdynamischen Realisierung dieser Funktion nimmt die lichte Weite des Strömungsraums 6 von der Eintrittsöffnung 3 zur Austrittsöffnung 4 insbesondere monoton und beispielsweise linear zu. Dadurch nimmt auch der durchströmte Querschnitt des Strömungsraums 6 zu, so daß der mittlere Flächenstrom (Anzahl der Gasteilchen pro Fläche und Zeit) über den gesamten Querschnitt zur Austrittsöffnung 4 hin abnimmt.

Die Diffusorwandung 5 umfaßt dazu vorzugsweise wenigstens zwei einander gegenüberliegende Wände 50 und 51, die jeweils eben sind und so zueinander geneigt sind, daß sie in einer gedachten Verlängerung einen Öffnungswinkel miteinander einschließen. Dieser Öffnungswinkel ist in allen dargestellten Ausführungsformen etwa 90°, kann aber auch unter oder über diesem Wert liegen. Die beiden Wände 50 und 51 sind durch weitere Wände der Diffusorwandung 5 miteinander verbunden, die nicht dargestellt sind. Diese weiteren Wände können parallel zueinander oder ebenfalls unter einem Öffnungswinkel zueinander gerichtet sein. Im ersten Fall erhält man einen Diffusor mit einer Gestalt einer an zwei Seiten abgeschnittenen Pyramide und im zweiten Fall einen pyramidenförmigen Diffusor 2. Die lichte Weite oder der Durchmesser der Austrittsöffnung 4 ist mit D und die lichte Weite der Eintrittsöffnung 3 mit d bezeichnet. Typischerweise liegt die lichte Weite d zwischen 40 mm und 70 mm und die lichte Weite D zwischen 200 mm und 300 mm.

Fig. 6 zeigt einen Diffusor 2 in einem Aufbau gemäß dem Stand der Technik ohne Strömungsleitkörper. Es sind die durch Computersimulation ermittelten Strömungslinien und Strömungsgeschwindigkeitsvektoren dargestellt. Es ist zu erkennen, daß die in die Eintrittsöffnung 3 einströmende Kühlluft K nur in einem zentralen Strömungsgebiet 70 wirbelfrei bis zur Austrittsöffnung 4 und damit zum Wärmetauscher 7 gelangt. In Randbereichen an den Wänden 50 und 51 der Diffusorwandung 5 bilden sich dagegen ausgedehnte Wirbelgebiete 66 und 67, deren ungefähre Ränder gestrichelt eingezeichnet sind. Durch die Turbulenzen oder Rezirkulationen in diesen Wirbelgebieten 66 und 67 entstehen in diesen Wirbelgebieten 66 und 67 relativ hohe Druckverluste in der Strömung. Diese Druckverluste vermindern durch Reduzierung der Kühlluftmenge die Kühlung des Wärmetauschers 7. Die Wirbelgebiete 66 und 67 verhindern ferner eine gleichmäßige Anströmung des Wärmetauschers 7 über die gesamte Austrittsöffnung 4 des Diffusors 2. Unter einer gleichmäßigen Strömung ist dabei eine Strömung zu verstehen, bei der die Strömungsgeschwindigkeit über die Austrittsöffnung 4 in allen Flächenelementen möglichst wenig von einem Mittelwert abweicht.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Diffusors gemäß der Erfindung, bei der die Wirbelgebiete an der Diffusorwandung 5 reduziert sind und eine homogenere Strömung beim Austritt erreicht wird. In einem zentralen Bereich des Strömungsraums 6 ist ein Strömungsleitkörper 20 angeordnet, der die Strömung der Kühlluft K in zwei Teilströmungen K1 und K2 aufteilt und diese beiden Teilströmungen K1 und K2 bis zur Austrittsöffnung 4 leitet. Anhand der eingezeichneten Strömungslinien ist zu erkennen, daß in dieser Ausführungsform zwar ebenfalls noch gestrichelt umrahmte Wirbelgebiete 60 und 61 auftreten, daß diese Wirbelgebiete 60 und 61 aber in ihrer Ausdehnung geringer sind als die Wirbelgebiete 66 und 67 bei dem bekannten Diffusor gemäß Fig. 6.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Diffusors 2 mit zwei in den Strömungsraum 6 eingebrachten Strömungsleitkörpern 21 und 22, durch die die einströmende Kühlluft K in drei Teilströmungen K1, K2 und K3 aufgeteilt wird und bis zur Austrittsöffnung 4 geleitet wird. An der Diffusorwandung 5 befinden sich wieder Wirbelgebiete 62 und 63, die jedoch gegenüber den Wirbelgebieten in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit nur einem Strömungsleitkörper 20 in ihrer Ausdehnung deutlich verringert sind.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Diffusors 2 mit drei Strömungsleitkörpern 23, 24 und 25, wobei die Strömungsleitkörper 23 und 25 vorzugsweise symmetrisch bezüglich des mittleren Strömungsleitkörpers 24 angeordnet sind. Die Kühlluft K wird durch diese drei Strömungsleitkörper 23 bis 25 in vier Teilströmungen K1 bis K4 aufgeteilt, wobei die erste Teilströmung K1 vom Strömungsleitkörper 23, die zweite Teilströmung K2 zwischen den Strömungsleitkörpern 23 und 24, die dritte Teilströmung K3 zwischen den Strömungsleitkörpern 24 und 25 und die vierte Teilströmung K4 vom dritten Strömungsleitkörper 25 zur Austrittsöffnung 4 geleitet werden. Die Wirbelgebiete 64 und 65 an der Diffusorwandung 5 sind gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 2 erneut verkleinert.

Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils eine Ausführungsform mit fünf Strömungsleitkörpern.

In Fig. 4 umfaßt der Diffusor 2 in seinem Strömungsraum 6 fünf vergleichsweise lange und bis zur Austrittsöffnung 4 reichende Strömungsleitkörper 26, 27, 28, 29 und 30. Von diesen fünf Strömungsleitkörpern 26 bis 30 wird die Kühlluft K in sechs Teilströmungen K1 bis K6 unterteilt. Diese Teilströmungen K1 bis K6 werden von den Strömungsleitkörpern 26 bis 30 zu der Austrittsöffnung 4 geleitet.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind die fünf Strömungsleitkörper mit 31, 32, 33, 34 und 35 bezeichnet und im Vergleich zu Fig. 4 kürzer ausgebildet. In beiden Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 erreicht man eine gute Homogenität (Gleichmäßigkeit) der an der Austrittsöffnung 4 austretenden Kühlluftströmung gegenüber dem Stand der Technik (Fig. 6) und praktisch keine Druckverluste mehr durch Turbulenzen. Wirbelgebiete treten an der Diffusorwandung 5 nämlich nicht mehr auf.

Die Strömungsleitkörper sind in allen bisher beschriebenen Figuren zur Verdeutlichung der Darstellung relativ dick eingezeichnet, werden aber im allgemeinen in Abhängigkeit von der Geometrie des Diffusors und der vorhandenen Fertigungstechnologie möglichst dünn gewählt, um der Strömung einen möglichst geringen Strömungswiderstand zu bieten. Ferner können die Strömungsleitkörper 20 bis 35 selbst stromlinienförmig gebildet sein, um ihren Strömungswiderstand weiter zu verringern. Die Strömungsleitkörper 20 bis 35 können insbesondere gerade ausgebildet sein oder geschwungen sein in Form von Schaufeln. Vorzugsweise werden die Strömungsleitkörper 20 bis 35 so gestaltet, daß die Strömung entlang der Oberfläche der Strömungsleitkörper 20 bis 35 nicht abreißt und sich dort keine Wirbel bilden.

Außer den dargestellten Strömungsleitkörpern 20 bis 35 können auch quer zu diesen Strömungsleitkörpern verlaufende zusätzliche Strömungsleitkörper vorgesehen sein. Insbesondere kann ein gitterähnlicher Aufbau mit mehreren Strömungsleitkörpern vorgesehen sein.

Ein weiterer Vorteil der Strömungsleitkörper 20 bis 35 und evtl. zusätzlicher Strömungsleitkörper besteht darin, daß bei einer Montagearbeit der Durchgriff durch den Diffusor zum Gebläse durch die Strömungsleitkörper erschwert wird. Dadurch wird die Sicherheit des Geräts erhöht.

Die Diffusorwandung 5 kann insbesondere durch Spritzgießen von Kunststoff hergestellt werden.

In Fig. 7 ist in einer Prinzipskizze ein Gerät zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von Wäsche, dargestellt. Die zu trocknende Wäsche wird in einen Trockenraum 11 eingebracht, dem heiße Trockenluft T von einer Heiz- und Gebläseeinrichtung 10 zugeführt wird. Die heiße Trockenluft T entzieht der Wäsche in der Trockenkammer 11 Wasser (Feuchtigkeit). Die mit der Feuchtigkeit angereicherte Luft ist mit F bezeichnet und wird von der Trockenkammer 11 einem Wärmetauscher 7 zugeführt. Im Wärmetauscher 7 wird der feuchten Prozeßluft F Wärme entzogen. Die Feuchtigkeit (das Wasser) kondensiert nun im Wärmetauscher 7 und wird in flüssiger Form abgeführt. Die nunmehr kältere und entfeuchtete, d. h. trockenere Luft ist mit E bezeichnet und wird vom Wärmetauscher 7 wieder der Heiz- und Gebläseeinrichtung 10 zugeführt, von dieser wieder aufgeheizt und von neuem als heiße Trockenluft T der Trockenkammer 11 führt.

Zur Wärmeabfuhr im Wärmetauscher 7 wird dem Wärmetauscher 7 Kühlluft K von einem Gebläse 8 zugeführt. Das Gebläse 8 umfaßt beispielsweise ein Lüfter- oder Gebläserad, das um eine Drehachse 9 drehbar ist und Außenluft A beispielsweise über einen Ansaugstutzen ansaugt und in einer beispielsweise senkrecht zur Strömungsrichtung der Außenluft A gerichteten Richtung als Kühlluft K in die Eintrittsöffnung 3 eines Diffusors 2 einbläst. Als Diffusor 2 ist in der dargestellten Ausführungsform ein Diffusor in einer Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit zwei Strömungsleitkörpern 21 und 22 dargestellt. Es kann natürlich auch jeder andere Diffusor gemäß der Erfindung verwendet werden. Unmittelbar an der Austrittsöffnung 4 des Diffusors 2 ist der Wärmetauscher 7 angeordnet. Der Wärmetauscher 7 weist Kühlluftkanäle auf, durch die die aus der Austrittsöffnung 4 des Diffusors 2 ausströmende Kühlluft K strömen kann. Die Strömungskanäle für die Kühlluft K und die Strömungskanäle für die Prozeßluft F im Wärmetauscher 7 können beispielsweise orthogonal (über Kreuz) zueinander verlaufen oder auch parallel zueinander. Im Wärmetauscher 7 nimmt die kältere Kühlluft K durch Wärmeübertragung Wärme von der wärmeren Prozeßluft F auf. Die angewärmte Kühlluft wird aus dem Wärmetauscher 7 wieder ausgelassen und ist mit W bezeichnet.

Neben dem Einsatz des Diffusors gemäß der Erfindung in einem solchen Wäschetrockner sind auch andere Anwendungen denkbar, bei denen eine gleichmäßige Luftströmung mit nur geringen Druckverlusten benötigt wird, beispielsweise in einem Herd mit Heißluftbetrieb oder auch in einem Kühlluftsystem beispielsweise für einen Herd oder ein anderes wärmeerzeugendes Gerät, beispielsweise einen luftgekühlten Motor eines Kraftfahrzeuges.

Bezugszeichenliste

2

Diffusor

3

Eintrittsöffnung

4

Austrittsöffnung

5

Diffusorwandung

6

Strömungsraum

7

Wärmetauscher

8

Gebläse

9

Drehachse

10

Heiz- und Gebläseeinrichtung

11

Trockenraum

20

bis

35

Strömungsleitkörper

50

,

51

Wand

60

bis

67

Wirbelgebiet

70

Strömungsgebiet
A Außenluft
K Kühlluft
K

1

bis K

6

Teilströmung
W Abluft
T Trockenluft
F feuchte Luft
E entfeuchtete Luft

Claims (6)

1. Gerät zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von Wäsche, mit

• a) einem Prozeßluftkreislauf mit einem Trockenraum (11) zum Einbringen der zu trocknenden Gegenstände, Mitteln (10) zum Einleiten von erwärmter Luft (T) in den Trockenraum (11), einem Wärmetauscher (7) und mit Mitteln zum Leiten der mit Feuchtigkeit angereicherten Luft (F) vom Trockenraum (11) zu dem Wärmetauscher (7) und
• b) einem Kühlluftsystem mit einem Gebläse (8) zum Erzeugen eines Kühlluftstromes (K) und mit einem Diffusor (2) zum Leiten des Kühlluftstromes (K) auf den Wärmetauscher (7) des Prozeßluftkreislaufes wobei
• c) der Diffusor (2) wenigstens eine Eintrittsöffnung (3), wenigstens eine Austrittsöffnung (4) und einen die Eintrittsöffnung (3) und die Austrittsöffnung (4) verbindenden Strömungsraum (6) aufweist und
• d) im Strömungsraum (6) des Diffusors (2) wenigstens ein Strömungsleitkörper (20 bis 35) angeordnet ist zum Vergleichmäßigen der Strömung (K1 bis K6) an der Austrittsöffnung (4) des Diffusors (2).

2. Haushaltsgerät, insbesondere Wäschetrockner oder Herd, mit einem Luftführungssystem, das einen Diffusor (2) enthält mit einer Eintrittsöffnung (3), einer Austrittsöffnung (4) und mit einem die Eintrittsöffnung (3) und die Austrittsöffnung (4) verbindenden Strömungsraum (6), in dem wenigstens ein Strömungsleitkörper (20 bis 35) angeordnet ist zum Vergleichmäßigen der Strömung (K1 bis K6) an der Austrittsöffnung (4).

3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem wenigstens zwei Strömungsleitkörper (21 bis 35) in dem Strömungsraum (6) des Diffusors (2) angeordnet sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem wenigstens zwei Strömungsleitkörper quer zueinander angeordnet sind.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem wenigstens ein Strömungsleitkörper (20 bis 30) bis zur Austrittsöffnung (4) des Diffusors (2) verläuft.

6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Strömungsraum (6) des Diffusors (2) im wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet ist und der oder die Strömungsleitkörper (20 bis 35) symmetrisch im Strömungsraum (6) angeordnet sind.