DE202006014718U1 - Wäschetrockner mit Kohlendioxid-Wärmepumpe - Google Patents

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Abstract

Wäschetrockner mit einer Wärmepumpe mit CO2 als Medium umfassend einen CO2-Kreislauf und mindestens einem im CO2-Kreislauf angeordneten Wärmetauscher zum Zu- oder Wegführen von Wärme in das bzw. aus dem Medium, wobei der Wärmetauscher mindestens einen Wärmetauschkörper (22) und mindestens ein im Wärmekontakt mit dem Wärmetauschkörper (22) angeordnetes Rohr (23) für das Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher mehrere Wärmetauschkörper (22) aufweist, wobei eine Wärmeleitung innerhalb jedes Wärmetauschkörpers (22) grösser ist als eine Wärmeleitung zwischen den Wärmetauschkörpern (22), und dass unterschiedlichen Temperaturbereichen des Rohrs zugeordnete Abschnitte mit unterschiedlichen Wärmetauschkörpern (22) in Kontakt sind, derart, dass jeder Wärmetauschkörper (22) nur einem Temperaturbereich des Rohrs zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wäschetrockner mit einer CO2-Wärmepumpe.
  • Eine Wärmepumpe besitzt in der Regel mindestens zwei Wärmetauscher, von denen ein erster dem Verdampfer und ein zweiter dem Gaskühler zugeordnet ist. Dies trifft auch für CO2-Wärmepumpen zu.
  • Die Wärmetauscher bestehen dabei in der Regel aus einem z.B. mäanderförmig verlaufenden Rohr, welches auf einer Platte oder dergleichen angeordnet ist, wobei im Wäschetrockner die Platte als Wärmetauschkörper zum Austausch der Wärme mit der Prozessluft ausgestaltet ist.
  • Es stellt sich die Aufgabe, die Effizienz von Wäschetrocknern mit CO2-Wärmepumpen zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird vom Wäschetrockner nach Anspruch 1 gelöst.
  • Anspruchsgemäss besitzt also mindestens ein Wärmetauscher mehrere Wärmetauschkörper und mindestens ein Rohr für das Medium. Die Wärmetauschkörper sind voneinander thermisch mindestens teilweise getrennt, derart, dass die Wärmeleitung innerhalb jedes Wärmetauschkörpers grösser ist als die Wärmeleitung zwischen unterschiedlichen Wärmetauschkörpern. Unterschiedliche Abschnitte des Rohrs, welche in unterschiedlichen Temperaturbereichen betrieben werden, stehen mit unterschiedlichen Wärmetauschkörpern in Kontakt. Dieser Aufbau stellt sicher, dass jeder Wärmetauschkörper nur einem Temperaturbereich des Rohrs zugeordnet ist, d.h. er verhindert, dass die Wärmetauschkörper Wärmebrücken zwischen Rohrabschnitten stark unterschiedlicher Temperatur bilden. Dadurch kann über das Rohr ein hoher Temperaturunterschied aufrechterhalten werden. Dies erlaubt es, auf der heissen Seite des Kreislaufs eine höhere bzw. auf der kalten Seite eine tiefere Temperatur zu erreichen, wodurch die Effizienz der Geräts gesteigert werden kann.
  • Der Wärmetauschkörper weist im Hinblick auf eine kompakte Bauweise vorzugsweise Plattenform auf, er kann aber auch als Rohr, Profilelement oder dergleichen ausgestaltet sein. Auch können sie gelocht oder gitterförmig ausgestaltet sein.
  • Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch einen Wäschetrockner,
  • 2 den Kreislauf einer Wärmepumpe und der Prozessluft,
  • 3 einen erste Ausführung eines Wärmetauschers,
  • 4 einen zweite Ausführung eines Wärmetauschers und
  • 5 einen dritte Ausführung eines Wärmetauschers.
  • Bei dem in 1 dargestellten Wäschetrockner handelt es sich um einen „Tumbler" mit geschlossenem Prozessluftkreislauf. Er besitzt eine drehbare Trommel 1 zur Aufnahme der zu trocknenden Wäsche, durch deren Rückseite 2 die Prozessluft eingeblasen wird.
  • An der Vorderseite der Trommel 1 ist eine Türe 3 vorgesehen, welche dem Benutzer Zugang zur Trommel 1 bietet. Die von der Trommel 1 kommende Prozessluft tritt durch ein in der Türe 3 angeordnetes Flusensieb 4. Sodann tritt sie radial nach unten aus der Türe 3 aus und durchströmt ein im Türrahmen 5 angeordnetes Sekundärsieb 6.
  • Vom Sekundärsieb 6 durchläuft die Luft ein Kühlaggregat 8 mit einen Wärmetauscher 15 und dem Verdampfer 16 einer Wärmepumpe. Das Kühlaggregat 8 kühlt die Prozessluft ab und entzieht ihr gleichzeitig Wasser. Das Wasser wird in einen Sumpf 9 gesammelt. Sodann durchläuft die Prozessluft ein Ventilator 11 und ein Heizaggregat 12, worauf sie wieder in die Trommel 1 eintritt.
  • Das Kühlaggregat 8 umfasst, wie erwähnt, einerseits einen Wärmetauscher 15 und andererseits den Verdampfer 16 der Wärmepumpe. Der Wärmetauscher 15 ist ein Luft-Luft-Wärmetauscher. Er dient dazu, der Prozessluft abhängig von mindestens einem Betriebsparameter des Wäschetrockners Wärme zu entziehen und an die Umgebung abzugeben. Als Betriebsparameter kommt dabei primär die Temperatur der Prozessluft in Frage, sowie ein vom Benutzer angewähltes Trocknungsprogramm.
  • Das Heizaggregat 12 bezieht seine Wärme vom Gaskühler 17 der Wärmepumpe.
  • 2 zeigt den Kreislauf dieser Wärmepumpe 18 und der Prozessluft 19, wobei derjenige der Prozessluft gestrichelt dargestellt ist.
  • Wie ersichtlich, umfasst die Wärmepumpe eine CO2-Pumpe 20, welche das CO2 in bekannter Weise in den Gaskühler 17 pumpt, wo es abgekühlt wird. Sodann durchläuft das CO2 ein Expansionsventil 21, wodurch sein Druck reduziert wird und es im Verdampfer 16 verdampft.
  • Im Beispiel nach 1 umfassen der Verdampfer 16 und der Gaskühler 17 je zwei parallel zueinander angeordnete Wärmetauscher, jeder bestehend aus einem Wärmetauschelement mit einem darauf angeordnetem, mäanderförmigem Kanal für das CO2. Je nach Platzverhältnissen können jedoch auch mehr als zwei Wärmetauscher oder nur ein einzelner Wärmetauscher für den Verdampfer 16 und/oder den Gaskühler 17 vorgesehen sein.
  • Eine mögliche Ausführung eines Wärmetauschers für den Gaskühler 17 ist in 3 dargestellt. Er besitzt mehrere Wärmetauschkörper 22 aus Metall, welche je z.B. Plattenform besitzen und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Ein mäanderförmig auf den Wärmetauschkörpern 22 angeordnetes Rohr 23 bildet den Kanal für das CO2. Das Rohr 23 ist mit jedem der Wärmetauschkörper 22 so verbunden, dass eine möglichst gute Wärmeübertragung gewährleistet ist, z.B. durch Verschweissen.
  • Die Kanten, benachbarter Wärmetauschkörper 22 sind parallel zueinander angeordnet und jeweils durch einen Spalt 24 thermisch voneinander getrennt. Zur Verbindung benachbarter Wärmetauschkörper 22 können z.B. Stege 25 aus Kunststoff vorgesehen sein, so dass die Wärmetauschkörper 22 eine leicht zu handhabende mechanische Einheit bilden und dennoch thermisch voneinander getrennt sind.
  • Das Rohr 23 überquert jeden Spalt 24 genau einmal.
  • Wie bereits teilweise erwähnt, wird durch diese Konstruktion erreicht, dass Rohrabschnitte unterschiedlicher Temperatur mit unterschiedlichen Wärmetauschern in Kontakt sind, was es erlaubt, einen grösseren Temperaturabfall über den ganzen Wärmetauscher zu erzielen.
  • Eine bevorzugte Ausführung eines Wärmetauschers für den Verdampfer 16 ist in 4 dargestellt. Auch dieser Wärmetauscher besitzt mehrere plattenförmige Wärmetauschkörper 22a, 22b, welche jedoch unterschiedliche Grösse aufweisen. Während der Wärmetauschkörper 22a z.B. rund die Hälfte oder mehr der Fläche des Wärmetauschers bildet und entsprechend mit einem langen Abschnitt des Rohrs 23 in Verbindung steht, sind die Wärmetauschkörper 22b wesentlich kleiner und stehen mit entsprechend kürzeren Abschnitten des Rohrs 23 in Verbindung.
  • Das in den Verdampfer eintretende CO2 gelangt zuerst in denjenigen Rohrabschnitt, der mit dem grösseren Wärmetauschkörper 22a in Verbindung steht. Danach gelangt es in diejenigen Abschnitte des Rohrs 23, welche jeweils mit den kleineren Wärmetauschkörpern 22b in Verbindung stehen.
  • Die Teile sind dabei so dimensioniert, dass im Betrieb unter typischen Bedingungen alles CO2 im Bereich des ersten Wärmetauschkörpers 22a verdampft wird. Da die Temperatur des CO2 erst ansteigt, wenn alles CO2 verdampft ist, besitzt das Rohr 23 also über den ganzen ersten Wärmetauschkörper 22a konstante Temperatur, so dass eine Aufspaltung des Wärmetauschkörpers 22a in diesem Abschnitt nicht sinnvoll ist.
  • Sobald das CO2 im Wesentlichen vollständig verdampft ist, kommt es mit einem der kleineren Wärmetauschkörper 22b in Kontakt. Von nun an steigt die Temperatur des CO2 relativ rasch an und die Spalten 24 verhindern Wärmebrücken zwischen Bereichen mit grossem Temperaturunterschied.
  • 4 illustriert weiter, dass die Stege 25 auch einstückig in die Wärmetauschkörper 22a, 22b integriert sein können, z.B. indem die Spalten 24 aus einem Blech herausgestanzt werden, welches nachher die Wärmetauschkörper 22a, 22b und die Stege 25 bildet.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Wärmetauschers, der insbesondere als Gaskühler geeignet ist. Die hier gezeigte Technologie kann jedoch auch im Verdampfer eingesetzt werden, alternativ oder kumulativ zu den Massnahmen nach 4.
  • Wie in 5 dargestellt, ändert sich in dieser Ausführung die Schlaufendichte des mäanderförmig verlaufenden Rohrs 23 über die Länge des Wärmetauschers. Im Bereich der ersten vier Wärmetauschkörper 22, welche den heissesten Abschnitten des Rohres 23 zugeordnet sind, ist sie gering und im Bereich der letzten zwei Wärmetauschkörper 22, welche den kältesten Abschnitten des Rohres 23 zugeordnet sind, ist sie höher. Dadurch wird erreicht, dass der einem heissen Wärmetauschkörper 22 zugeordnete Abschnitt des Rohrs 23 ein kleineres Volumen besitzt als der einem der kälteren Wärmetauschkörper 22 Zugeordnete. Da in der vorliegenden Ausführung der Durchmesser des Rohrs 23 konstant ist, kann auch gesagt werden, dass der einem heissen Wärmetauschkörper 22 zugeordnete Rohrabschnitt kürzer ist als der einem kälteren Wärmetauschkörper 22 Zugeordnete.
  • Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Temperatur der Prozessluft über die Länge des Wärmetauschers weniger stark ansteigt als dass die Temperatur des CO2 absinkt, d.h. am heissen (in 5 oberen) Ende des Wärmetauschers besteht ein höherer Temperaturunterschied zwischen Prozessluft und CO2 als am kälteren Ende. Somit verliert das CO2 zu Beginn mehr Wärme pro Rohrlänge als gegen Ende, was durch die dichtere Anordnung der Rohre bzw. dem grösseren Rohrvolumen am kälteren Ende ausgeglichen wird.
  • 5 zeigt dabei nur eine der möglichen Gestaltungen einer variabeln Schlaufendichte. Insbesondere die Zahl der Wärmetauschkörper 22 sowie die genaue Art des Anstiegs der Schlaufendichte kann den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
  • In den Figuren wird die Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem Wäschetrockner mit integrierter Wäschetrommel beschrieben. Die Erfindung kann aber als Raumlufttrockner ohne integrierte Wäschetrommel zum Trocknen der Luft in einer Waschküche realisiert werden.

Claims (14)

  1. Wäschetrockner mit einer Wärmepumpe mit CO2 als Medium umfassend einen CO2-Kreislauf und mindestens einem im CO2-Kreislauf angeordneten Wärmetauscher zum Zu- oder Wegführen von Wärme in das bzw. aus dem Medium, wobei der Wärmetauscher mindestens einen Wärmetauschkörper (22) und mindestens ein im Wärmekontakt mit dem Wärmetauschkörper (22) angeordnetes Rohr (23) für das Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher mehrere Wärmetauschkörper (22) aufweist, wobei eine Wärmeleitung innerhalb jedes Wärmetauschkörpers (22) grösser ist als eine Wärmeleitung zwischen den Wärmetauschkörpern (22), und dass unterschiedlichen Temperaturbereichen des Rohrs zugeordnete Abschnitte mit unterschiedlichen Wärmetauschkörpern (22) in Kontakt sind, derart, dass jeder Wärmetauschkörper (22) nur einem Temperaturbereich des Rohrs zugeordnet ist.
  2. Wäschetrockner nach Anspruch 1, wobei jeder Wärmetauschkörper (22) durch mindestens eine Platte gebildet wird und wobei die Kanten der Platten benachbarter Wärmetauschkörper (22) durch einen Spalt (24) getrennt sind.
  3. Wäschetrockner nach Anspruch 2, wobei benachbarte Platten über Stege (25) verbunden sind, und insbesondere wobei die Stege (25) einstückig mit dem Platten verbunden sind.
  4. Wäschetrockner nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Rohr (23) mäanderförmig über die Wärmetauschkörper (22) verläuft und jeden Spalt (24) genau einmal überquert.
  5. Wäschetrockner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Platten in einer gemeinsamen Ebene liegen.
  6. Wäschetrockner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Spalt quer, insbesondere senkrecht, zu einer Flussrichtung der Prozessluft angeordnet ist.
  7. Wäschetrockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher einem Verdampfer (16) der Wärmepumpe zugeordnet ist.
  8. Wäschetrockner nach Anspruch 7, wobei das Medium zuerst mit einem ersten (22a) und dann mindestens einem zweiten (22b) Wärmetauschkörper thermisch in Kontakt kommt, wobei es erst dann mit dem zweiten Wärmetauschkörper (22b) thermisch in Kontakt kommt, wenn es im wesentlichen vollständig verdampft ist.
  9. Wäschetrockner nach Anspruch 8, wobei der erste Wärmetauschkörper (22a) grösser als der zweite Wärmetauschkörper (22b) ist.
  10. Wäschetrockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmetauscher einem Gaskühler (17) zugeordnet ist.
  11. Wäschetrockner nach Anspruch 10 mit mindestens einem ersten und einem zweiten Wärmetauschkörper (22), wobei der erste Wärmetauschkörper (22) einem heisseren Abschnitt des Rohrs zugeordnet ist als der zweite Wärmetauschkörper (22), wobei der dem ersten Wärmetauschkörper (22) zugeordnete Abschnitt ein kleineres Volumen für CO2 aufweist als der zweite Abschnitt.
  12. Wäschetrockner nach Anspruch 11, wobei das Rohr (23) im ersten und im zweiten Abschnitt gleichen Durchmesser hat und wobei der erste Abschnitt kürzer als der zweite Abschnitt ist.
  13. Wäschetrockner nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Kühlaggregat, wobei das Kühlaggregat einen Verdampfer (16) der Wärmepumpe und einen Luft-Luft-Wärmetauscher (15) aufweist.
  14. Wäschetrockner nach Anspruch 14, wobei er ausgestaltet ist, um mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher (15) abhängig von mindestens einem Betriebsparameter der Prozessluft Wärme zu entziehen.
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