EP2322708A2 - Hausgerät mit Wärmetauscher aus thermoplastischem Kunststoff enthaltendem Werkstoff, sowie solcher Wärmetauscher - Google Patents

Hausgerät mit Wärmetauscher aus thermoplastischem Kunststoff enthaltendem Werkstoff, sowie solcher Wärmetauscher Download PDF

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EP2322708A2
EP2322708A2 EP10190071A EP10190071A EP2322708A2 EP 2322708 A2 EP2322708 A2 EP 2322708A2 EP 10190071 A EP10190071 A EP 10190071A EP 10190071 A EP10190071 A EP 10190071A EP 2322708 A2 EP2322708 A2 EP 2322708A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
process air
domestic appliance
carbon nanotubes
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10190071A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2322708A3 (de
Inventor
Marcus Heyer-Wevers
Philipp Steusloff
Andreas Stolze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BSH Hausgeraete GmbH
Original Assignee
BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH filed Critical BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Publication of EP2322708A2 publication Critical patent/EP2322708A2/de
Publication of EP2322708A3 publication Critical patent/EP2322708A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/24—Condensing arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/20—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes with nanostructures

Definitions

  • the invention relates to a domestic appliance, in particular a tumble dryer, with a heat exchanger made of a heat exchanging material containing a thermoplastic material.
  • the invention relates to such a domestic appliance in which the heat exchanger of this material has an improved thermal conductivity.
  • the invention in this case regards a heat exchanger in which the heat-conducting material is contained in the component through which the heat transfer required for the intended heat exchange takes place, so that the heat exchange takes place through this material.
  • This component can be designed, for example, as a tube or hollow plate and combined with many identical components in a single heat exchanger, wherein all these components are held by other components, which is less important in the present case.
  • the invention relates in particular to a water-conducting domestic appliance such as a tumble dryer, a washer-dryer or a dishwasher, in which domestic appliance a particular moisture-containing process air stream must be cooled or heated by a heat exchange with another gas stream.
  • a tumble dryer (hereinafter also referred to as "dryer” for short) of a type as a condensation dryer, so-called process air is passed through a fan via a heater into a moist drum to be dried containing laundry as a drying chamber.
  • the hot air absorbs moisture from the laundry to be dried.
  • the now moist process air is directed into a heat exchanger, which is usually preceded by a lint filter.
  • this heat exchanger eg air-to-air heat exchanger or heat sink of a heat pump
  • the moist process air is cooled, so that the water contained in the moist process air condenses.
  • the condensed water (condensate) is then usually collected in a suitable container and the cooled and dried air again fed to the heater and then the drum.
  • Another type of tumble dryer is the so-called exhaust air dryer in which the Process air is conducted in an open circuit. The process air is drawn in from an environment of the dryer, heated, passed over the laundry to be dried and released in the simplest case again from the dryer. If no heat exchanger is needed in this simplest case, yet an embodiment of an exhaust air dryer is known in which a heat exchanger for cooling the process air to be discharged from the dryer for the purpose of recovering heat from this process air is used.
  • the heat exchanger is generally made of a good heat conducting material, generally of a metal such as e.g. Aluminum or copper.
  • a heat exchanger made of a thermoplastic material attempts have already been made to use a heat exchanger made of a thermoplastic material.
  • the font DE 199 58 106 B4 describes a cross-flow heat exchanger for a condensation dryer with a plurality of flat heat exchanger plates, which are stacked as a package at a distance and parallel to each other and each by two opposing plate edge portions interconnected and at least one humid air between them enclosing plate members made of a thermoplastic or from a thermally conductive metal existing film are formed, which heat exchanger plates have a plurality of vertically formed from the film, cooling fins forming webs.
  • the writings DE 102 18 274 A1 and DE 20 22 1788 U1 describe a heat exchange plate for a cross-flow heat exchanger, which is formed from two spaced-apart, along two opposing edge portions tightly interconnected plate parts.
  • the plate parts are formed from thermoplastic or from a thermally conductive metal existing film and define a flow channel for a first, through the cross-flow heat exchanger to be led through medium, for example. Process air.
  • heat exchangers with aluminum fins and plates are generally used in conventional heat exchangers.
  • heat exchangers made of thermoplastic material Although you could counteract the poor thermal conductivity by the fact that the plate thickness of the heat exchanger is reduced.
  • the heat conduction in the rib is very small in heat exchangers made of plastic compared to the heat transfer on the outside of a rib.
  • the object of the present invention is therefore to provide a domestic appliance with a heat exchanger constructed with a plastic material, wherein the heat exchanger has improved thermal conduction properties.
  • the invention thus relates to a domestic appliance with a heat exchanger, which is constructed with a thermally conductive material which contains a thermoplastic material, wherein the material is a composite material containing the thermoplastic material and carbon nanotubes (CNTs).
  • a thermally conductive material which contains a thermoplastic material
  • the material is a composite material containing the thermoplastic material and carbon nanotubes (CNTs).
  • Carbon nanotubes (CNTs) according to the invention are microscopic tubular structures of many carbon atoms, which occupy a honeycomb structure with hexagons and three bonding partners. Carbon nanotubes generally have a diameter of 0.4 nm to 50 nm and a length of 10 ⁇ m to 10 mm.
  • Carbon nanotubes having a diameter of 5 to 15 nm and a length of 1 to 15 ⁇ m are preferably used in the composite material of the present heat exchanger.
  • the composite material preferably contains the carbon nanotubes (CNTs) in an amount of 0.1 to 15% by weight and more preferably in an amount of 0.8 to 8% by weight, based in each case on the composite material.
  • CNTs carbon nanotubes
  • thermoplastic in the composite material is preferably selected from the group consisting of polyolefins, olefin copolymers and styrene copolymers.
  • the plastic is a polyolefin which is a polypropylene.
  • the plastic is a styrene copolymer and selected from acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS).
  • the composite material contains polypropylene as the thermoplastic material.
  • the composite material preferably contains only conventional additives in addition to the thermoplastic material and the carbon nanotubes.
  • a particular advantage of the present invention is that the amount of fillers can be relatively low.
  • the composite preferably contains carbon nanotubes (CNTs) in an amount of from 0.1 to 15% by weight, based on the composite material.
  • the composite material particularly preferably contains carbon nanotubes (CNTs) in an amount of 0.8 to 8% by weight, based on the composite material.
  • the carbon nanotubes can be single or multiwalled. According to the invention it is preferred that the carbon nanotubes are multiwalled.
  • the carbon nanotubes that can be used for the composite can be produced in various ways, for example by vaporization of graphite with a laser or by an arc discharge between carbon electrodes. According to the invention, preference is given to using carbon nanotubes which are obtainable are by vapor deposition in the catalytic decomposition of hydrocarbons (CVD).
  • CVD catalytic decomposition of hydrocarbons
  • a dispersant is used for a thorough mixing of thermoplastic and carbon nanotubes in the composite material.
  • the composite is prepared using a dispersant for the carbon nanotubes in the thermoplastic.
  • Suitable dispersants are, for example, polyoxyalkylene glycols and derivatives thereof. Further suitable dispersants are, for example, in the document US 2007/0232748 A1 described.
  • the composite material used in the domestic appliance according to the invention is obtainable by dispersing the carbon nanotubes in the thermoplastic in the presence of a dispersant.
  • the composite used according to the invention in the heat exchanger is generally carried out by mixing the thermoplastic material with the carbon nanotubes in the melt of the plastic.
  • an extruder in particular a twin-screw extruder, is used for this purpose. It has turned out to be particularly advantageous if the carbon nanotubes are used as masterbatches which contain, in addition to the carbon nanotubes, further additives.
  • the production of the composite material is carried out so that the carbon nanotubes are oriented.
  • This can be done, for example, by stretching the melt of thermoplastic polymer at the melting temperature of the polymer or above and / or stretching the composite in the solid state.
  • a suitable method for producing a composite material suitable for the heat exchanger according to the invention is, for example, in US Pat WO 2000/069958 A1 described.
  • From the composite material of the heat exchanger can be prepared in a conventional manner, for example by thermoforming.
  • the heat exchanger has a suitable shape and / or surface structure to assist the heat exchange.
  • the shape and / or surface structure are suitably selected so that the heat exchange between a possibly loaded with lint moist warm air and dry air is optimal.
  • the surface of the cooler in particular its plates or tubes, has bulges, e.g. hemispherical depressions (so-called “dimples").
  • the concentration of carbon nanotubes in these hemispherical depressions is greater than on the remainder of the surface of the heat exchanger.
  • At least one heat exchanger is present.
  • the heat exchanger is in particular an air-air heat exchanger.
  • the household appliance according to the invention is preferably equipped with a drying chamber for objects to be dried, a process air duct through which process air can be passed through the drying chamber, in which a heating for heating the process air, a fan for conveying the process air and the heat exchanger for cooling the process air Pass through the drying chamber.
  • the domestic appliance according to the invention is designed in particular as a tumble dryer, preferably as a condensation dryer; It can be designed as a pure dryer, but also as a washer-dryer.
  • a washer-dryer here is a combination device that has a washing function for washing laundry and a drying function for drying wet laundry.
  • the invention is also directed to a heat exchanger constructed with a thermally conductive material which is a thermoplastic
  • the material is a composite material containing the thermoplastic and carbon nanotubes (CNTs).
  • This heat exchanger according to the invention is preferably designed for use in a domestic appliance, in particular a tumble dryer.
  • the heat exchanger may consist of an optionally curved flat structure, extending from the starting obliquely or vertically ribs. According to the invention, it may be advantageous if the concentration of carbon nanotubes in the ribs is greater than in the planar structure.
  • the heat exchanger will generally comprise a plurality of plates and / or tubes. Preferably, these are kept at a distance by spacers.
  • the invention has the advantage that in a household appliance, a heat exchanger based on a thermoplastic material can be used, which has an improved thermal conductivity. Moreover, the invention makes it possible that the heat exchanger used also has improved mechanical properties, e.g. has improved compressive strength. Finally, the flame retardance is improved. This is also possible even with a comparatively small amount of carbon nanotubes used in the composite material.
  • the heat exchanger 5 is made of a thermally conductive composite material comprising polypropylene and 3% by weight of carbon nanotubes. Otherwise, the condensation dryer 1 is configured as a vented dryer 1. The arrows indicate the flow direction of the process air. The heat exchange in this heat exchanger 5 takes place by passing heat through this composite material.
  • the condensation dryer 1 shown in the figure has a drum rotatable about a horizontal axis as a drying chamber 3, within which drivers 25 are mounted for movement of laundry items during a drum rotation.
  • Supply air is fed in the process air duct 2 by means of a blower 6 from the supply air inlet 23 via an air-air heat exchanger 5 and an electric heater 4 through the drum 3.
  • air heated by the electric heater 4 is heated from the rear, i. from the door 22 opposite side of the drum 3, passed through the perforated bottom in the drum 3.
  • the laden with moisture process air is passed in a called exhaust duct portion of the process air duct 2 via the air-air heat exchanger 5 to an exhaust outlet 24.
  • the process air flows through the filling opening of the drum 3 to a lint filter 16 within a door 22 closing the filling opening.
  • the process air flow in the door 22 is deflected downwards and passed on to the air-to-air heat exchanger 5.
  • the moisture absorbed by the process air from the items of laundry condenses there and is collected in a condensate tray 17.
  • the condensate tray 17 is connected via a condensate channel 18, in which a pump 28 is located, to a condensate container 19, in which the condensate 29 originating from the condensate tray 17 is collected.
  • the condensate container 19 comprises a lower container opening 21.
  • a cleaning line 20 is arranged between the rinsing container 19 and the air-air heat exchanger 5.
  • the air-air heat exchanger 5 can be cleaned by means of the amount of condensate 29 present in the condensate container 19 after a determined cleaning requirement.
  • the air-air heat exchanger 5 made of a composite material of polypropylene and carbon nanotubes in this embodiment is relatively easy to clean.
  • the condensate 29 used as flushing liquid had previously accumulated in the air-to-air heat exchanger 5 and pumped from the condensate pan 17 by means of the pump 28 via the condensate channel 18 into the condensate tank 19.
  • the lower container opening 21 is opened and the condensate 29 through the cleaning line 20th passed into the air-to-air heat exchanger 5.
  • the condensate 29 is collected in the condensate pan 17 and pumped back into the condensate tank 19. This cycle can be repeated.
  • the drum 3 is mounted in the embodiment shown here at the rear bottom by means of a pivot bearing and front by means of a bearing plate 16, wherein the drum 3 rests with a brim on a sliding strip 8 on the bearing plate 7 and is held at the front end.
  • the control of the dryer via a control device 10, which can be controlled by the user via an operating unit 9.
  • the fan 6 and the drum 3 are driven by the motor 30.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hausgerät 1 mit einem Wärmetauscher 5, der mit einem wärmeleitenden Werkstoff aufgebaut ist, welcher einen thermoplastischen Kunststoff enthält. Dieser Werkstoff ist ein Verbundwerkstoff, der den thermoplastischen Kunststoff sowie Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) enthält. Die Erfindung betrifft außerdem einen solchen, insbesondere in einem solchen Hausgerät 1 einsetzbaren Wärmetauscher 5.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hausgerät, insbesondere einen Wäschetrockner, mit einem Wärmetauscher aus einem wärmetauschenden Werkstoff, der einen thermoplastischen Kunststoff enthält. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Hausgerät, bei dem der Wärmetauscher aus diesem Werkstoff über eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit verfügt.
  • Die Erfindung betrachtet dabei einen Wärmetauscher, in dem der wärmeleitende Werkstoff in derjenigen Komponente, durch die hindurch die zum bestimmungsgemäßen Wärmetausch erforderliche Wärmeleitung erfolgt, enthalten ist, so dass der Wärmetausch durch diesen Werkstoff hindurch erfolgt. Diese Komponente kann zum Beispiel als Rohr oder hohle Platte gestaltet und zusammen mit vielzähligen gleichen Komponenten in einem einzigen Wärmetauscher vereinigt sein, wobei alle diese Komponenten von weiteren Bauteilen gehalten werden, auf welche es vorliegend weniger ankommt.
  • Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein wasserführendes Hausgerät wie einen Wäschetrockner, einen Waschtrockner oder eine Geschirrspülmaschine, in welchem Hausgerät ein insbesondere Feuchtigkeit enthaltender Prozessluftstrom durch einen Wärmetausch mit einem anderen Gasstrom abgekühlt oder aufgeheizt werden muss.
  • In einem Wäschetrockner (im Folgenden auch kurz als "Trockner" bezeichnet) einer Bauart als Kondensationstrockner wird so genannte Prozessluft durch ein Gebläse über eine Heizung in eine feuchte, zu trocknende Wäschestücke enthaltende Trommel als Trocknungskammer geleitet. Die heiße Luft nimmt Feuchtigkeit aus den zu trocknenden Wäschestücken auf. Nach Durchgang durch die Trommel wird die nun feuchte Prozessluft in einen Wärmetauscher geleitet, dem in der Regel ein Flusenfilter vorgeschaltet ist. In diesem Wärmetauscher (z.B. Luft-Luft-Wärmetauscher oder Wärmesenke einer Wärmepumpe) wird die feuchte Prozessluft abgekühlt, so dass das in der feuchten Prozessluft enthaltene Wasser kondensiert. Das kondensierte Wasser (Kondensat) wird anschließend in der Regel in einem geeigneten Behälter gesammelt und die abgekühlte und getrocknete Luft erneut der Heizung und anschließend der Trommel zugeführt. Eine andere Bauart eines Wäschetrockners ist der sogenannte Ablufttrockner, in dem die Prozessluft in einem offenen Kreislauf geführt wird. Die Prozessluft wird aus einer Umgebung des Trockners angesaugt, aufgeheizt, über die zu trocknende Wäsche geführt und im einfachsten Fall wieder aus dem Trockner entlassen. Wenn in diesem einfachsten Fall auch keinerlei Wärmetauscher benötigt wird, so ist doch eine Ausführungsform eines Ablufttrockners bekannt, in der ein Wärmetauscher zum Abkühlen der aus dem Trockner zu entlassenden Prozessluft zwecks Rückgewinnung von Wärme aus dieser Prozessluft Einsatz findet.
  • Der Wärmetauscher ist im Allgemeinen aus einem gut wärmeleitenden Material, im Allgemeinen aus einem Metall wie z.B. Aluminium oder Kupfer. Allerdings sind bereits Versuche unternommen worden, einen Wärmetauscher aus einem thermoplastischen Kunststoff einzusetzen.
  • Die Schrift DE 199 58 106 B4 beschreibt einen Kreuzstrom-Wärmetauscher für einen Kondensationswäschetrockner mit einer Vielzahl von flachen Wärmetauscherplatten, die als Paket im Abstand und zueinander parallel geschichtet sind und jeweils durch zwei einander gegenüber liegenden Plattenrandteilen miteinander verbundene und zwischen sich wenigstens einen Feuchtluftkanal einschließende Plattenteile aus einer aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einem wärmeleitendem Metall bestehenden Folie gebildet sind, welche Wärmetauscherplatten eine Vielzahl von aus der Folie senkrecht ausgeformten, Kühllamellen bildende Stegen aufweisen.
  • Die Schriften DE 102 18 274 A1 und DE 20 22 1788 U1 beschreiben eine Wärmetauschplatte für einen Kreuzstromwärmetauscher, die aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, längs zweier einander gegenüberliegender Randteile miteinander dicht verbundenen Plattenteilen gebildet ist. Die Plattenteile sind aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einer aus wärmeleitendem Metall bestehenden Folie gebildet und definieren einen Strömungskanal für ein erstes, durch den Kreuzstrom-Wärmetauscher hindurch zu führenden Medium, bspw. Prozessluft.
  • Da die Wärmeleitfähigkeit von Metallen wie Aluminium um etwa drei Größenordnungen höher ist als die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen, werden in herkömmlichen Wärmetauschern im Allgemeinen Wärmetauscher mit Aluminiumlamellen und -platten eingesetzt. Bei Verwendung von Wärmetauschern aus thermoplastischem Kunststoff könnte man zwar der schlechten Wärmeleitfähigkeit dadurch entgegen wirken, dass die Plattendicke der Wärmetauscher herabgesetzt wird. Maßnahmen zur Vergrößerung der Oberfläche des Wärmetauschers, bspw. durch Anbringung von Rippen, bringen allerdings keine Vorteile. Die Wärmeleitung in der Rippe ist bei Wärmetauschern aus Kunststoff sehr klein im Vergleich zum Wärmeübergang an der Außenseite einer Rippe.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hausgerät mit einem mit einem Kunststoff enthaltenden Werkstoff aufgebauten Wärmetauscher bereitzustellen, wobei der Wärmetauscher über verbesserte Wärmeleiteigenschaften verfügt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Hausgerät mit den Merkmalen des entsprechenden unabhängigen Patentanspruchs sowie den Wärmetauscher des entsprechenden unabhängigen Patentanspruchs. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hausgeräts sind in entsprechenden abhängigen Patentansprüchen oder der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hausgeräts entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wärmetauschers und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit festgestellt ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein Hausgerät mit einem Wärmetauscher, der mit einem wärmeleitenden Werkstoff aufgebaut ist, welcher einen thermoplastischen Kunststoff enthält, wobei der Werkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der den thermoplastischen Kunststoff sowie Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) enthält.
  • Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNTs) im Sinne der Erfindung sind mikroskopisch kleine röhrenförmige Gebilde aus vielen Kohlenstoffatomen, die eine wabenartige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen. Kohlenstoffnanoröhren haben im Allgemeinen einen Durchmesser von 0,4 nm bis 50 nm und eine Länge von 10 µm bis 10 mm.
  • Im Verbundwerkstoff des vorliegenden Wärmetauschers werden vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhren mit einem Durchmesser von 5 bis 15 nm und einer Länge von 1 bis 15 µm eingesetzt.
  • Der Verbundwerkstoff enthält die Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-% und besonders bevorzugt in einer Menge von 0,8 bis 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Verbundwerkstoff.
  • Der thermoplastische Kunststoff im Verbundwerkstoff ist vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyolefinen, Olefincopolymerisaten und Styrolcopolymerisaten besteht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff ein Polyolefin, welches ein Polypropylen ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Kunststoff ein Styrolcopolymerisat und ausgewählt als Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS).
  • Ganz besonders bevorzugt enthält der Verbundwerkstoff als thermoplastischen Kunststoff Polypropylen.
  • Der Verbundwerkstoff enthält neben dem thermoplastischen Kunststoff und den Kohlenstoffnanoröhren vorzugsweise nur übliche Additive. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist hierbei, dass die Menge an Füllstoffen relativ gering sein kann.
  • Bevorzugt enthält im erfindungsgemäßen Hausgerät dass der Verbundwerkstoff Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff. Besonders bevorzugt enthält im erfindungsgemäßen Hausgerät der Verbundwerkstoff Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in einer Menge von 0,8 bis 8 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff.
  • Die Kohlenstoffnanoröhren können ein- oder mehrwandig sein. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Kohlenstoffnanoröhren mehrwandig sind.
  • Die für die Verwendung im Verbundwerkstoff einsetzbaren Kohlenstoffnanoröhren sind auf verschiedene Weise herstellbar, beispielsweise durch Verdampfung von Graphit mit einem Laser oder durch eine Lichtbogenentladung zwischen Kohlenstoffelektroden. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt, die erhältlich sind durch Abscheidung aus der Dampfphase bei der katalytischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen (CVD). Eine geeignete Herstellungsmethode für Kohlenstoffnanoröhren ist beispielsweise in der Druckschrift US 2009/0134363 A1 beschrieben.
  • Für eine gute Durchmischung von thermoplastischem Kunststoff und Kohlenstoffnanoröhren im Verbundwerkstoff wird vorteilhaft ein Dispergiermittel eingesetzt. Vorzugsweise wird daher der Verbundwerkstoff unter Verwendung eines Dispergiermittels für die Kohlenstoffnanoröhren im thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Geeignete Dispergiermittel sind beispielsweise Polyoxyalkylenglykole und deren Derivate. Weitere geeignete Dispergiermittel sind beispielsweise in der Druckschrift US 2007/0232748 A1 beschrieben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher der im erfindungsgemäßen Hausgerät eingesetzte Verbundwerkstoff erhältlich durch Dispergieren der Kohlenstoffnanoröhren im thermoplastischen Kunststoff in Anwesenheit eines Dispergiermittels.
  • Der erfindungsgemäß im Wärmetauscher eingesetzte Verbundwerkstoff wird im Allgemeinen durch Vermischung des thermoplastischen Kunststoffes mit den Kohlenstoffnanoröhren in der Schmelze des Kunststoffs durchgeführt. Im Allgemeinen wird hierzu ein Extruder, insbesondere ein Zweischneckenextruder, herangezogen. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kohlenstoffnanoröhren dabei als Masterbatches eingesetzt werden, die neben den Kohlenstoffnanoröhren noch weitere Zusatzstoffe enthalten.
  • Vorzugsweise wird die Herstellung des Verbundwerkstoffes so durchgeführt, dass die Kohlenstoffnanoröhren orientiert werden. Dies kann beispielsweise durch Strecken der Schmelze aus thermoplastischem Polymer bei der Schmelztemperatur des Polymeren oder darüber und/oder durch Strecken des Verbundwerkstoffes im festen Zustand geschehen.
  • Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäß für den Wärmetauscher geeigneten Verbundwerkstoffes ist beispielsweise in der WO 2000/069958 A1 beschrieben.
  • Aus dem Verbundwerkstoff kann der Wärmetauscher auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch Thermoformen, hergestellt werden.
  • Vorzugsweise hat der Wärmetauscher eine geeignete Form und/oder Oberflächenstruktur, um den Wärmetausch zu unterstützen. Hierbei werden Form und/oder Oberflächenstruktur geeignet ausgewählt, damit der Wärmetausch zwischen einer ggf. mit Flusen beladenen feuchtwarmen Luft und trockener Luft optimal geschieht.
  • Es hat sich hierbei als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Oberfläche des Kühlers, insbesondere dessen Platten oder Rohre, Ausbuchtungen aufweist, z.B. halbkugelförmige Vertiefungen (so genannte "dimples"). In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Konzentration an Kohlenstoffnanoröhren in diesen halbkugelförmigen Vertiefungen größer als auf dem Rest der Oberfläche des Wärmetauschers.
  • Im erfindungsgemäßen Hausgerät ist mindestens ein Wärmetauscher vorhanden. Der Wärmetauscher ist insbesondere ein Luft-Luft-Wärmetauscher.
  • Das erfindungsgemäße Hausgerät ist vorzugsweise ausgestattet mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkanal, durch welchen Prozessluft durch die Trocknungskammer führbar ist, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft, ein Gebläse zur Förderung der Prozessluft und der Wärmetauscher zur Abkühlung der Prozessluft nach Durchgang durch die Trocknungskammer befinden.
  • Das erfindungsgemäße Hausgerät ist insbesondere als Wäschetrockner, vorzugsweise als Kondensationstrockner gestaltet; es kann als reiner Trockner, aber auch als Waschtrockner ausgestaltet sein. Ein Waschtrockner ist hierbei ein Kombinationsgerät, das über eine Waschfunktion zum Waschen von Wäsche und über eine Trocknungsfunktion zum Trocknen von feuchter Wäsche verfügt.
  • Die Erfindung ist außerdem gerichtet auf einen Wärmetauscher, der mit einem wärmeleitenden Werkstoff aufgebaut ist, welcher einen thermoplastischen Kunststoff enthält, wobei der Werkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der den thermoplastischen Kunststoff sowie Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) enthält.
  • Dieser erfindungsgemäße Wärmetauscher ist vorzugsweise eingerichtet zum Verwenden in einem Hausgerät, insbesondere einem Wäschetrockner.
  • Zur Erhöhung des Wirkungsgrades für den Wärmeaustausch kann der Wärmetauscher aus einer gegebenenfalls gekrümmten flächigen Struktur bestehen, von der ausgehend sich schräg oder senkrecht Rippen erstrecken. Erfindungsgemäß kann es von Vorteil sein, wenn die Konzentration an Kohlenstoffnanoröhren in den Rippen größer ist als in der flächigen Struktur.
  • Der Wärmetauscher wird im Allgemeinen mehrere Platten und/oder Rohre aufweisen. Vorzugsweise werden diese durch Abstandshalter auf Abstand gehalten.
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass bei einem Hausgerät ein Wärmetauscher auf Basis eines thermoplastischen Kunststoffes eingesetzt werden kann, der über eine verbesserte thermische Leitfähigkeit verfügt. Überdies ermöglicht die Erfindung, dass der eingesetzte Wärmetauscher auch über verbesserte mechanische Eigenschaften wie z.B. eine verbesserte Druckfestigkeit verfügt. Schließlich ist auch die Flammwidrigkeit verbessert. Dies ist außerdem bereits bei einer vergleichsweise geringen Menge an im Verbundwerkstoff eingesetzten Kohlenstoffnanoröhren möglich.
  • Die einzige Figur der beigefügten Zeichnung zeigt ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Hausgerät, ausgebildet als Kondensationstrockner und einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher aufweisend.
  • Bei der in der Figur gezeigten, nicht einschränkend gemeinten Ausführungsform besteht der Wärmetauscher 5 aus einem wärmeleitenden Verbundwerkstoff, der Polypropylen sowie 3 Gew.-% Kohlenstoffnanoröhren aufweist. Ansonsten ist der Kondensationstrockner 1 als Ablufttrockner 1 ausgestaltet. Die Pfeile zeigen die Fließrichtung der Prozessluft an. Der Wärmetausch in diesem Wärmetauscher 5 erfolgt, indem Wärme durch diesen Verbundwerkstoff hindurch geleitet wird.
  • Der in der Figur dargestellte Kondensationstrockner 1 weist eine um eine horizontale Achse drehbare Trommel als Trocknungskammer 3 auf, innerhalb welcher Mitnehmer 25 zur Bewegung von Wäschestücken während einer Trommeldrehung befestigt sind. Zuluft wird im Prozessluftkanal 2 mittels eines Gebläses 6 vom Zulufteingang 23 über einen Luft-Luft-Wärmetauscher 5 und eine elektrische Heizung 4 durch die Trommel 3 geführt. Dabei wird von der elektrischen Heizung 4 erwärmte Luft von hinten, d.h. von der einer Tür 22 gegenüber liegenden Seite der Trommel 3, durch deren gelochten Boden in die Trommel 3 geleitet.
  • Nach Austritt aus der Trommel 3 wird die mit Feuchtigkeit beladene Prozessluft in einem als Abluftkanal bezeichneten Teil des Prozessluftkanals 2 über den Luft-Luft-Wärmetauscher 5 zu einem Abluftausgang 24 geleitet. Hierbei strömt die Prozessluft durch die Befüllöffnung der Trommel 3 zu einem Flusensieb 16 innerhalb einer die Befüllöffnung verschließenden Tür 22. Anschließend wird der Prozessluftstrom in der Tür 22 nach unten umgelenkt und weiter zum Luft-Luft-Wärmetauscher 5 geleitet. Dort kondensiert infolge Abkühlung die von der Prozessluft aus den Wäschestücken aufgenommene Feuchtigkeit und wird in einer Kondensatwanne 17 aufgefangen.
  • Die Kondensatwanne 17 ist über einen Kondensatkanal 18, in dem sich eine Pumpe 28 befindet, mit einem Kondensatbehälter 19 verbunden, in dem das von der Kondensatwanne 17 herrührende Kondensat 29 gesammelt wird. Der Kondensatbehälter 19 umfasst eine untere Behälteröffnung 21. Eine Reinigungsleitung 20 ist zwischen dem Spülbehälter 19 und dem Luft-Luft-Wärmetauscher 5 angeordnet.
  • Bei dem hier gezeigten Kondensationstrockner kann nach einem festgestelltem Reinigungsbedarf der Luft-Luft-Wärmetauscher 5 mittels der im Kondensatbehälter 19 vorhandenen Menge an Kondensat 29 gereinigt werden. Der in dieser Ausführungsform aus einem Verbundwerkstoff aus Polypropylen und Kohlenstoffnanoröhren bestehende Luft-Luft-Wärmetauscher 5 ist hierbei relativ leicht zu reinigen.
  • Das als Spülflüssigkeit verwendete Kondensat 29 war zuvor im Luft-Luft-Wärmetauscher 5 angefallen und von der Kondensatwanne 17 mittels der Pumpe 28 über den Kondensatkanal 18 in den Kondensatbehälter 19 gepumpt worden. Zur Reinigung wird die untere Behälteröffnung 21 geöffnet und das Kondensat 29 durch die Reinigungsleitung 20 in den Luft-Luft-Wärmetauscher 5 geleitet. Nach Durchgang durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 5 wird das Kondensat 29 in der Kondensatwanne 17 aufgefangen und zurück in den Kondensatbehälter 19 gepumpt. Dieser Zyklus kann wiederholt werden.
  • Die Trommel 3 wird in der hier gezeigten Ausführungsform am hinteren Boden mittels eines Drehlagers und vorne mittels eines Lagerschildes 16 gelagert, wobei die Trommel 3 mit einer Krempe auf einem Gleitstreifen 8 am Lagerschild 7 aufliegt und so am vorderen Ende gehalten wird. Die Steuerung des Trockners erfolgt über eine Steuereinrichtung 10, die vom Benutzer über eine Bedieneinheit 9 geregelt werden kann. Überdies werden bei der hier gezeigten Ausführungsform das Gebläse 6 und die Trommel 3 durch den Motor 30 angetrieben.

Claims (13)

  1. Hausgerät (1) mit einem Wärmetauscher (5), der mit einem wärmeleitenden Werkstoff aufgebaut ist, welcher einen thermoplastischen Kunststoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der den thermoplastischen Kunststoff sowie Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) enthält.
  2. Hausgerät (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Polyolefinen, Olefincopolymerisaten und Styrolcopolymerisaten besteht.
  3. Hausgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polypropylen ist.
  4. Hausgerät (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kusntstoff ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) ist.
  5. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff, enthält.
  6. Hausgerät (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) in einer Menge von 0,8 bis 8 Gew.-%, bezogen auf den Verbundwerkstoff, enthält.
  7. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanoröhren mehrwandig sind.
  8. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanoröhren erhältlich sind durch Abscheidung aus der Dampfphase bei der katalytischen Zersetzung von Kohlenwasserstoffen (CVD).
  9. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff erhältlich ist durch Dispergieren der Kohlenstoffnanoröhren im thermoplastischen Kunststoff in Anwesenheit eines Dispergiermittels.
  10. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, mit einer Trocknungskammer (3) für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkanal (2), durch welchen Prozessluft durch die Trocknungskammer (3) führbar ist, in dem sich eine Heizung (4) zur Erwärmung der Prozessluft, ein Gebläse (6) zur Förderung der Prozessluft und der Wärmetauscher (5) zur Abkühlung der Prozessluft nach Durchgang durch die Trocknungskammer (3) befinden.
  11. Hausgerät nach Anspruch 10, welches ein Wäschetrockner (1), insbesondere ein Kondensationstrockner (1), ist.
  12. Wärmetauscher (5), der mit einem wärmeleitenden Werkstoff aufgebaut ist, welcher einen thermoplastischen Kunststoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der den thermoplastischen Kunststoff sowie Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) enthält.
  13. Wärmetauscher (5) nach Anspruch 12, welcher eingerichtet ist zum Verwenden in einem Hausgerät (1), insbesondere einem Wäschetrockner (1).
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