EA014949B1 - Конденсационная сушилка с тепловым насосом и способ её работы - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к конденсационной сушилке (1) с сушильной камерой (3) для сушащихся предметов, контуром (2) технологического воздуха, в котором технологический воздух с помощью вентилятора (19) направляется к сушащимся предметам, и контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса для попеременного нагревания и охлаждения технологического воздуха. Между контуром (2) технологического воздуха и контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса находится по меньшей мере один контур (12, 20 либо 16, 21) вторичной жидкости. Изобретение относится также и к способу работы такой конденсационной сушилки.

Description

Изобретение относится к конденсационной сушилке с сушильной камерой для сушащихся предметов, с контуром технологического воздуха, по которому технологический воздух подается на сушащиеся предметы посредством вентилятора, и с контуром теплового насоса для попеременного нагревания и охлаждения технологического воздуха.

Кроме того, изобретение относится к способу работы такой конденсационной сушилки.

Сведения о предшествующем уровне техники

Сушилки для белья, принцип действия которых основан на конденсации влаги, выпариваемой из белья технологическим воздухом - так называемые конденсационные сушилки - очень популярны, так как они не образуют отработанного воздуха, насыщенного влагой, и не требуют шланга для вывода этого отработанного воздуха из помещения, в котором размещается такая конденсационная сушилка. Поэтому конденсационные сушилки могут использоваться во внутренних ванных комнатах или в домовых прачечных больших жилых комплексов.

В конденсационной сушилке технологический воздух с помощью вентилятора проводится через нагревательный элемент в барабан с влажным бельем, являющийся сушильной камерой. Горячий воздух вбирает в себя влагу из белья, подвергаемого сушке. После прохождения через барабан ставший влажным технологический воздух направляют в теплообменник, перед которым, как правило, подключен фильтр для ворса.

В теплообменнике (например, теплообменнике воздух-воздух) влажный технологический воздух охлаждается так, что вода, содержащаяся во влажном технологическом воздухе, конденсируется. Конденсирующаяся вода после этого собирается в предназначенную для этого ёмкость. Затем охлажденный и высушенный воздух снова направляют к нагревателю и после этого в барабан. В обычном случае теплообменник легко извлекается для необходимой чистки от присохших ворсинок (микроволокон предметов одежды).

Этот процесс сушки является весьма энергоемким, так как с энергетической точки зрения теплота, отдаваемая технологическим воздухом для его охлаждения в теплообменнике, в этом процессе теряется. С помощью применения теплового насоса, который частично возвращает обратно эту отданную технологическим воздухом теплоту, возможно в целом сэкономить около 50% затрачиваемой энергии. В известной конденсационной сушилке, оборудованной тепловым насосом, охлаждение горячего воздуха, насыщенного влагой, происходит в испарителе теплового насоса. Хладагент теплового насоса, испаряющийся вследствие получения тепла из технологического воздуха, сжимается в компрессоре и подается на конденсатор, где он в ходе конденсации отдает теплоту, которая снова применяется для нагревания технологического воздуха перед поступлением в бельевой барабан. За конденсатором хладагент проходит через дроссель, где его давление понижается до более низких значений так, чтобы в испарителе, в который он затем снова попадает, он мог снова испаряться, получая тепло.

В патенте ΌΕ 4023000 С2 описана сушилка для белья с тепловым насосом, у которого в канале технологического воздуха между конденсатором и испарителем расположено приточное отверстие для воздуха, которое закрывается с помощью управляемого закрывающего устройства.

В патенте ΌΕ 19738735 С2 описана конденсационная сушилка с замкнутым контуром технологического воздуха, которая снабжена тепловым насосом. Тепловой насос сконструирован в форме устройства, работающего по принципу абсорбера, в котором абсорбером является третий теплообменник, через первичный контур которого протекает хладагент, а через вторичный контур которого технологический воздух, выходящий из второго теплообменника, подается снова во вторичный контур первого теплообменника.

В известных до сих пор конденсационных сушилках теплообмен происходит напрямую между тепловым насосом и технологическим воздухом.

В применении теплового насоса проблематичным является загрязнение обоих теплообменников в тепловом насосе (испарителя и конденсатора), в первую очередь испарителя, захваченными ворсинками. К сожалению, ворсинки, содержащиеся в технологическом воздухе, не могут полностью отделяться фильтром для ворса, так как повышение качества фильтрации фильтра для ворса влечет за собой повышение его аэродинамического сопротивления. Ворс скапливается в виде пленки, например, на рёбрах охлаждения теплообменника и тем самым увеличивает термическое сопротивление, вследствие чего снижается эффективность теплообменника.

Так как испаритель и конденсатор теплового насоса как правило установлены стационарно и соединены с компрессором герметичными трубопроводами, их невозможно извлечь для чистки.

Еще одну проблему представляют трубопроводы между теплообменниками и компрессором. Современные тепловые насосы часто используют в качестве хладагента двуокись углерода. Этот очень экологичный хладагент действует только при крайне высоком давлении (до 145 бар). Поэтому предъявляются очень высокие требования к уплотнению контура циркуляции хладагента. Кроме того, теплообменники не могут располагаться в потоке технологического воздуха оптимальным образом, так как иначе трубопроводы для хладагента были бы слишком длинными. К тому же промышленное изготовление системы из компрессора, испарителя и конденсатора с соединяющими их высоконапорными трубопроводами

- 1 014949 очень сложно реализовать без больших затрат. Сходные проблемы возникают и с другими хладагентами, применяемыми в тепловых насосах.

Эти недостатки известных конденсационных сушилок с тепловыми насосами ведут к сокращению срока службы, а также к ухудшенному энергетическому балансу из-за недостаточной возможности чистки теплообменника.

Сущность изобретения

Поэтому задачей изобретения является создание конденсационной сушилки с тепловым насосом, которая имеет более высокий срок службы и предоставляет возможность более легкой чистки.

В соответствии с данным изобретением эта задача решена конденсационной сушилкой с тепловым насосом, имеющим признаки по п.1, а также способом по п.9 формулы изобретения.

Предпочтительные варианты исполнения конденсационной сушилки в соответствии с изобретением приведены в зависимых пп.2-8. Предпочтительный вариант реализации способа согласно изобретению приведен в п.10.

Таким образом, изобретение относится к конденсационной сушилке с сушильной камерой для сушащихся предметов, с контуром технологического воздуха, по которому технологический воздух может подаваться на сушащиеся предметы посредством вентилятора, и контуром теплового насоса для попеременного нагревания и охлаждения технологического воздуха, в которой между контуром технологического воздуха и контуром теплового насоса находится по меньшей мере один контур вторичной жидкости.

Изобретение относится также к способу работы конденсационной сушилки с сушильной камерой для сушащихся предметов, контуром технологического воздуха, по которому технологический воздух подают на сушащиеся предметы посредством вентилятора и при этом попеременно нагревают и охлаждают с помощью контура теплового насоса, причем между контуром технологического воздуха и контуром теплового насоса находится по меньшей мере один контур вторичной жидкости, через который происходит теплообмен между контуром теплового насоса и технологическим воздухом.

В предпочтительном варианте исполнения изобретенной конденсационной сушилки контур вторичной жидкости содержит вторичный хладагент, который при комнатной температуре и нормальном давлении является жидким веществом. При этом вторичный хладагент в контуре вторичной жидкости предпочтительно представляет собой по меньшей мере одно из веществ группы, состоящей из воды, одноатомных и многоатомных спиртов и гликольэфиров. К подходящим многоатомным спиртам относятся, например, этиленгликоль и пропиленгликоль. К подходящим гликольэфирам относятся, например, этиленгликольдиметилэфир и пропиленгликольдиметилэфир или соответствующие моноэфиры. Особенно предпочтительно использование воды в качестве вторичного хладагента.

Кроме того, в контуре теплового насоса предпочтительно используется первичный хладагент, выбранный из группы, состоящей из пропана, изобутана, двуокиси углерода и соединений фторуглеводорода. При этом тепловой насос предпочтительно имеет испаритель, конденсатор, компрессор и дроссель. Компрессор обычно находится в направлении течения первичного хладагента между испарителем и конденсатором. В общем случае, кроме того, в тепловом насосе в направлении течения первичного хладагента между конденсатором и испарителем находится редукционный клапан, называемый также дросселем. Применяемый в тепловом насосе первичный хладагент циркулирует в контуре предпочтительно в виде турбулентного потока. Турбулентный поток может создаваться с помощью соответствующей формы проточного канала и/или с помощью соответствующего привода (например, компрессора).

Конденсационная сушилка согласно изобретению включает в себя по меньшей мере один контур вторичной жидкости между контуром теплового насоса и контуром технологического воздуха. То есть по меньшей мере между контуром технологического воздуха и теплообменником теплового насоса, забирающим тепло (в частности, испарителем), или между контуром технологического воздуха и теплообменником теплового насоса, отдающим тепло (в частности, конденсатором), находится первый либо, соответственно, второй контур вторичной жидкости. В предпочтительном варианте исполнения между тепловым насосом и контуром технологического воздуха находится один или два контура вторичной жидкости. В особенно предпочтительном варианте конденсационная сушилка согласно изобретению имеет один первый контур вторичной жидкости и один второй контур вторичной жидкости.

В каждом контуре вторичной жидкости циркулирует хладагент, в общем случае отличный от первичного хладагента.

Таким образом, в конденсационной сушилке согласно изобретению тепловой насос отдает свою тепловую энергию контуру технологического воздуха конденсационной сушилки через вторичный хладагент (называемый также вторичной жидкостью) через по меньшей мере один контур вторичной жидкости. Для этого холодопроизводительность или теплопроизводительность образуется централизованно в тепловом насосе, который в конденсационной сушилке согласно изобретению может быть очень компактным.

Если в одном из вариантов исполнения изобретения контур вторичной жидкости находится между контуром технологического воздуха и испарителем теплового насоса, теплый, насыщенный влагой технологический воздух охлаждается в первом теплообменнике, в котором контур технологического возду

- 2 014949 ха и второй контур вторичной жидкости по возможности контактируют через максимально теплопроводную стенку. Влага, содержащаяся в технологическом воздухе, конденсируется и, как правило, собирается в предназначенный для этого сосуд-приемник, например чашу, откуда ее удаляют.

Если в одном из вариантов исполнения изобретения контур вторичной жидкости находится между контуром технологического воздуха и отдающим тепло теплообменником теплового насоса, то высушенный, охлажденный технологический воздух нагревается во втором теплообменнике, в котором контур технологического воздуха и второй контур вторичной жидкости по возможности контактируют через максимально теплопроводную стенку. Нагретый технологический воздух затем направляется снова к барабану с бельем, являющемуся сушильной камерой. Перед вторым теплообменником или предпочтительно между вторым теплообменником и барабаном с бельем технологический воздух может дополнительно нагреваться с помощью электрического подогрева.

В особо предпочтительном варианте исполнения вторичным хладагентом (вторичной жидкостью) является вода. Поскольку в данном случае возможна работа почти без давления, превышающего давление окружающей среды, теплообменники между тепловым насосом и контуром технологического воздуха, через которые проходит технологический воздух, могут соединяться с тепловым насосом, например, с помощью быстродействующих затворов (подобно тому, как они используются в качестве садового приспособления для полива).

Вторичный хладагент, предпочтительно вода, применяемый в контуре вторичной жидкости, обычно подается через внешний подвод (подвод воды).

В предпочтительном варианте исполнения, в котором в качестве вторичного хладагента используется вода, конденсат, поступающий в процессе сушки, по меньшей мере, частично используется в качестве вторичного хладагента.

Температура вторичного хладагента, а также температура первичного хладагента в целом удерживаются в допустимых пределах при помощи устройства управления теплового насоса. Если в конденсационной сушилке согласно изобретению в контуре технологического воздуха перед входом в сушильную камеру находится нагреватель, в соответствии с предпочтительным вариантом, то в общем случае управление тепловым насосом согласуется с управлением нагревателем.

Предпочтительно, если конденсационная сушилка согласно изобретению имеет первый контур вторичной жидкости и второй контур вторичной жидкости, так что каждый из двух теплообменников теплового насоса связан с контуром технологического воздуха через соответствующий контур вторичной жидкости.

Особенно предпочтительно, если конденсационная сушилка согласно изобретению имеет по меньшей мере один съемный теплообменник. Съемным теплообменником может быть первый и/или второй теплообменник. Согласно изобретению съемным является предпочтительно первый теплообменник, так как он в большей степени подвержен загрязнению ворсом.

В предпочтительном варианте способа согласно изобретению между контуром технологического воздуха и контуром теплового насоса находятся два контура вторичной жидкости, и через них происходит теплообмен между контуром теплового насоса и технологическим воздухом.

Теплообмен между контуром теплового насоса и первым и/или вторым контуром вторичной жидкости происходит особенно эффективно, если хладагент движется в турбулентном потоке. Предпочтительно турбулентно движется первичный хладагент в контуре теплового насоса. Однако с помощью соответствующих конструктивных мер (направление хладагента по кругу) или с помощью соответствующих методических мер (соответствующие средства транспортировки) возможно создание турбулентного потока вместо ламинарного и в контуре вторичной жидкости и/или в контуре технологического воздуха.

В общем случае трубопроводы вторичной жидкости термически изолированы, за исключением частей трубопровода, находящихся в соответствующих теплообменниках.

Согласно изобретению предпочтительно, если технологический воздух и первичный либо вторичный хладагент направляются через теплообменники методом перекрестного потока или противотока.

Так как с увеличением степени высушивания предметов, подвергаемых сушке в конденсационной сушилке, необходимая для дальнейшей сушки энергия уменьшается, целесообразно соответственно регулировать нагреватель, то есть с увеличением степени высушивания уменьшать его теплопроизводительность, чтобы сохранять баланс между подводимой энергией и необходимой энергией для сушки. Таким образом, с увеличением степени высушивания предметов, подвергаемых сушке, в частности, белья, становится необходимой меньшая теплопроизводительность теплового насоса, или даже требуется увеличение холодопроизводительности. В частности, после завершения фазы сушки температура в контуре технологического воздуха сильно поднимается. Поэтому в обычном случае тепловой насос и нагреватель конденсационной сушилки настраивают так, чтобы температура в сушильной камере не превышала максимально допустимого значения.

Изобретение имеет многочисленные преимущества. Долгосрочная стабильность работы конденсационных сушилок для белья с тепловым насосом улучшается благодаря применению контура вторичной жидкости. Коэффициент мощности контура теплового насоса повышается, причем незначительное снижение коэффициента мощности из-за наличия по меньшей мере одного вторичного контура (увеличение

- 3 014949 количества ступеней теплопередачи) более чем компенсируется решением проблем с загрязненными теплообменниками.

В варианте исполнения конденсационной сушилки согласно изобретению, в котором предусмотрено легко разбираемое разъемное соединение мест подвода либо отвода вторичной жидкости, теплообменники, через которые проходит технологический воздух, могут быть очень легко демонтированы и очищены. Благодаря этому производительность теплообменников остается неизменной.

В конденсационной сушилке согласно изобретению узел теплового насоса может изготавливаться заранее очень компактным, в частности, из компрессора, испарителя, дросселя и конденсатора. После монтажа остается только подсоединить трубопроводы вторичной жидкости. Благодаря этому производство узла теплового насоса может быть автоматизированным и гораздо более легким. Это удешевляет процесс производства и дает возможность более высокого, более легко контролируемого качества изготовления.

Местоположение теплообменника для технологического воздуха при использовании хладагентов, закипающих при низкой температуре, таких как двуокись углерода, больше не ограничено узкими рамками, связанными с наличием высоконапорных трубопроводов контура хладагента.

В различных вариантах исполнения вторичная жидкость может также отводить отходящее тепло компрессора теплового насоса к технологическому воздуху сушилки для белья. Благодаря этому повышается общая эффективность процесса работы теплового насоса и тем самым энергетический баланс всего процесса сушки.

Не ограничивающий пример исполнения конденсационной сушилки в соответствии с настоящим изобретением, в котором возможно также применение способа согласно изобретению, показан на чертеже.

В конденсационной сушилке на чертеже тепловой насос соединен с контуром технологического воздуха с помощью двух контуров вторичной жидкости.

На чертеже показана конденсационная сушилка 1 (в дальнейшем сокращенно называемая сушилка 1) в вертикальном разрезе. Представленная на чертеже сушилка 1 имеет барабан 3, вращающийся вокруг горизонтальной оси в качестве сушильной камеры 3, в которой закреплены захваты 4 для перемещения белья во время вращения барабана. Предусмотрены нагреватель 19, первый теплообменник 11, 12, 13, тепловой насос 13, 14, 15, 23, второй теплообменник 16, 17, а также вентилятор 19, чтобы образовать замкнутый воздуховодом 2 контур технологического воздуха, проходящий через барабан 3, при этом после прохождения через барабан 3 охлаждать, а после конденсации, содержащейся в технологическом воздухе, влаги снова нагревать его. При этом воздух, нагретый нагревателем 18, сзади, то есть с той стороны барабана 3, которая находится напротив двери 5 сушилки, направляют через перфорированное дно в барабан 3, там он соприкасается с сушащимся бельем и идёт через загрузочное отверстие барабана 3 к фильтру 6 для ворса в двери 5 сушилки, закрывающей загрузочное отверстие. Затем поток воздуха в двери сушилки 5 отклоняется вниз и направляется через воздушный канал 2 к теплообменникам 11, 12. Там влага, принятая воздухом из белья, конденсируется вследствие остывания и собирается в не показанный на чертеже контейнер для конденсата, откуда она может быть удалена. Нагреватель 18 не обязателен, он предусмотрен прежде всего для того, чтобы при приведении в действие можно было как можно быстрее обеспечить нужные для сушки высокие температуры компонентов конденсационной сушилки 1, а также сушащегося белья. В стационарном режиме работы конденсационной сушилки 1 применение нагревателя 18 при определенных условиях уже не требуется.

Передача холодопроизводительности теплового насоса 13, 14, 15, 23 при этом проходит с помощью вторичного хладагента, циркулирующего в первом контуре 12, 20 вторичной жидкости, предпочтительно воды. После теплообменника 11, 12 технологический воздух направляют от вентилятора 19 снова к нагревателю 18. Между вентилятором 19 и нагревателем 18 находится второй теплообменник 16, 17 теплового насоса 13, 14, 15, 23, в котором технологический воздух нагревается посредством производимого им тепла. При этом теплопередача происходит через второй контур 16, 21 вторичной жидкости.

Барабан 3 в варианте исполнения, представленном на чертеже, крепится со стороны задней стенки на вращающейся опоре, а спереди с помощью подшипникового щита 7, причем барабан 3 прилегает к подшипниковому щиту 7 бортом 8 скольжения и таким образом удерживается с передней стороны.

Управление конденсационной сушилкой осуществляется с помощью устройства 10 управления, которым пользователь управляет с помощью блока 9 управления; устройство управления используется соответствующим, не описываемым здесь более подробно образом, для всех управляемых компонентов, включая, в частности, и не представленные тут обычные сенсоры сушилки 1.

Нагретый вторичный хладагент первого контура 12, 20 вторичной жидкости охлаждается в испарителе 13 теплового насоса 13, 14, 15, 23. В тепловом насосе 13, 14, 15, 23 первичный хладагент выпаривается в испарителе 13, сжимается в компрессоре 14 и затем конденсируется в конденсаторе 15 теплового насоса. Высвобождающаяся при этом теплота используется для того, чтобы через второй контур 16, 21 вторичной жидкости нагревать технологический воздух, проходящий по второму теплообменнику 16, 17. От конденсатора 15 хладагент через дроссель 23 поступает обратно к испарителю 14. Для повышения коэффициента использования энергии отходящее тепло контура теплового насоса 13, 14, 15, в частности компрессора 14, который обычно приводится в действие электричеством, может подводиться к техноло

- 4 014949 гическому воздуху (на чертеже представлено пунктиром).

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Конденсационная сушилка (1) с сушильной камерой (3) для сушащихся предметов, контуром (2) технологического воздуха, в котором технологический воздух с помощью вентилятора (19) может направляться к сушащимся предметам, и контуром теплового насоса (13, 14, 15, 23) для попеременного нагревания и охлаждения технологического воздуха, отличающаяся тем, что между контуром (2) технологического воздуха и контуром теплового насоса (13, 14, 15, 23) находится по меньшей мере один контур (12, 20 либо 16, 21) вторичной жидкости.
2. 2. Конденсационная сушилка (1) по п.1, отличающаяся тем, что контур вторичной жидкости (12, 20 либо 16, 21) содержит вторичный хладагент, жидкий при комнатной температуре и нормальном давлении.
3. 3. Конденсационная сушилка (1) по п.2, отличающаяся тем, что вторичный хладагент в контуре вторичной жидкости (12, 20 либо 16, 21) представляет собой по меньшей мере одно вещество из группы, состоящей из воды, одноатомных и многоатомных спиртов и гликольэфиров.
4. 4. Конденсационная сушилка (1) по п.3, отличающаяся тем, что вторичный хладагент представляет собой воду.
5. 5. Конденсационная сушилка (1) по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что тепловой насос (13, 14, 15, 23) содержит первичный хладагент, выбираемый из группы, состоящей из пропана, изобутана, двуокиси углерода и соединений фторуглеводорода.
6. 6. Конденсационная сушилка (1) по п.5, отличающаяся тем, что контур теплового насоса (13, 14, 15, 23) содержит испаритель (13), компрессор (14), конденсатор (15) и дроссель (23).
7. 7. Конденсационная сушилка (1) по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что содержит первый контур (12, 20) вторичной жидкости и второй контур (16, 21) вторичной жидкости.
8. 8. Конденсационная сушилка (1) по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере один съемный первый теплообменник (16, 17) или второй теплообменник (11, 12).
9. 9. Способ работы конденсационной сушилки (1) с сушильной камерой (3) для сушащихся предметов, контуром (2) технологического воздуха, в котором технологический воздух с помощью вентилятора (19) может направляться к сушащимся предметам, и контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса для попеременного нагревания и охлаждения технологического воздуха, отличающийся тем, что между контуром (2) технологического воздуха и контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса находится по меньшей мере один контур (12, 20 либо 16, 21) вторичной жидкости, через который происходит теплообмен между контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса и технологическим воздухом.
10. 10. Способ работы по п.9, отличающийся тем, что между контуром (2) технологического воздуха и контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса находятся два контура (12, 20 либо 16, 21) вторичной жидкости, через которые происходит теплообмен между контуром (13, 14, 15, 23) теплового насоса и технологическим воздухом.