NL1013395C2

NL1013395C2 - Washer/dryer with dryer modified mainly by addition of motor-driven compressor and expansion turbine in ventilation channel

Info

Publication number: NL1013395C2
Application number: NL1013395A
Authority: NL
Inventors: Gerard Dekker
Original assignee: Gerard Dekker
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-05-01

Abstract

The design of e.g. a domestic washer/dryer is modified by the addition of a turbo-compressor (F) and expansion turbine (G) in the dryer air outlet channel, followed by an extra heater element (C). The turbo-compressor and expansion turbine are on a common shaft driven by an electronically regulated motor (M). The original condenser is replaced by a heat exchanger (B), whose cold side is in the inlet channel and warm side in the channel between the compressor and turbine. A condenser (H) is placed after the expander.

Description

Drooginrichting/ wasdroger 5 De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het drogen van materialen, welke met lucht of een ander gas als drogend medium in een open of gesloten systeem werkt, in het bijzonder een wasdroger, omvattende een droogkamer c.q. droogtrommel met een luchtinlaat en een luchtuitlaat, een in het 10 luchtinlaatkanaal aangebracht verwarmingselement voor het verwarmen van de ingaande lucht, een in het luchtuitlaatkanaal geplaatst stof- en pluizenfilter en een condensor met -afvoer, alsmede een ventilator om het drogende medium door de inrichting te laten stromen.The invention relates to a device for drying materials which works with air or another gas as a drying medium in an open or closed system, in particular a tumble dryer, comprising a drying chamber or drying drum with an air inlet and an air outlet, a heating element arranged in the air inlet channel for heating the incoming air, a dust and fluff filter placed in the air outlet channel and a condenser with discharge, as well as a fan to let the drying medium flow through the device.

15 In deze aanvraag wordt de toepassing in een huishoudelijke wasdroger beschreven.15 This application describes the application in a domestic tumble dryer.

Een dergelijke wasdroger is bekend uit het Duitse offenlegungsschrift 2933513 en octrooi 109682.Such a tumble dryer is known from German Offenlegungsschrift 2933513 and patent 109682.

De onderhavige uitvinding beoogt een drooginrichting van het 20 hiervoor genoemde type zodanig te verbeteren dat deze met een geringer energieverbruik hetzelfde resultaat geeft.The present invention aims to improve a drying device of the aforementioned type such that it gives the same result with a lower energy consumption.

Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding bereikt door: lste de ventilator te vervangen door een in het uitlaatkanaal geplaatste turbocompressor/-expander combinatie met 25 aandrijfmotor op één as, welks toerental electronisch geregeld wordt.This object is achieved according to the invention by: first replacing the fan by a turbocharger / expander placed in the exhaust duct combination with drive motor on one shaft, whose speed is electronically controlled.

2de de condensor te vervangen door een warmtewisselaar waarvan de koude zijde in het inlaatkanaal en de warme zijde in het kanaal tussen compressor en expander geplaatst is.2nd to replace the condenser with a heat exchanger, the cold side of which is placed in the inlet duct and the warm side in the duct between compressor and expander.

30 3de een achter de expander in het kanaal geplaatste condensaatafscheider met -opvang en -afvoer.30 3rd a condensate separator with collection and drainage located behind the expander in the channel.

Een onder 1 genoemde turbocompressor / -expander combinatie wordt o.a. toegepast in de cryotechniek. ( zie Perry's chemical engeneering handbook onder "expansion turbines".) 35 Voor toepassing in de onderhavige uitvinding is deze aangepast.A turbo compressor / expander combination mentioned under 1 is used, among other things, in cryo technology. (see Perry's chemical engineering handbook under "expansion turbines".) 35 It has been adapted for use in the present invention.

De compacte bouw van een turbocompressor / -expander maakt het mogelijk het geheel onder te brengen binnen de behuizing van een wasdroger van de gebruikelijke afmetingen.The compact construction of a turbocharger / expander makes it possible to accommodate everything within the housing of a tumble dryer of the usual dimensions.

1013395 21013395 2

Om het doel, energiebesparing, te bereiken kan ook gebruik gemaakt worden van een koelcircuit in de circulatiekanalen zoals beschreven in Octrooi No. 8402014.To achieve the goal, energy saving, use can also be made of a cooling circuit in the circulation channels as described in Patent No. 8402014.

Ook kan een vacuumpomp / compressor combinatie worden 5 toegepast. Het drogend medium doorloopt hierin in thermodynamische zin een positief kringloopproces, waarbij de droogruimte onder hogere druk staat.A vacuum pump / compressor combination can also be used. The drying medium herein undergoes a positive cycle process in a thermodynamic sense, in which the drying space is under higher pressure.

Dit type drooginrichting wordt beschreven in het blad "Drying technology" 14 ( 2 ) 271-288 ( 1996) onder de titel 10 "Thermodynamic analyses of various dehumidifying dryers for wood".This type of dryer is described in the sheet "Drying technology" 14 (2) 271-288 (1996) under the heading 10 "Thermodynamic analyzes of various dehumidifying dryers for wood".

Werking van de onderhavige drooginrichting.Operation of the present dryer.

In figuur 1 is het schema overeenkomstig de uitvinding weergegeven.Figure 1 shows the scheme according to the invention.

15 Omgevingslucht of circulerende lucht of een mengsel hiervan met temperatuur Tl wordt aangezogen bij A. Deze lucht passeert een tegenstroom warmtewisselaar B en eventueel een gasgestookt of electrisch verwarmingselement C. Dit element C is bedoeld voor het snel opwarmen aan het begin van het droogproces of als 20 bijverwarming. De temperatuur van de lucht aan de uitlaatzijde van dit element is T2.15 Ambient air or circulating air or a mixture thereof with temperature Tl is drawn in at A. This air passes through a counterflow heat exchanger B and optionally a gas-fired or electric heating element C. This element C is intended for rapid heating at the start of the drying process or as 20 additional heating. The temperature of the air at the outlet side of this element is T2.

Deze warme lucht, met lage relatieve vochtigheid, wordt in de droogruimte c.q. -trommel D gevoerd. Hier staat de lucht warmte af aan het vocht dat aanwezig is in het te drogen 25 materiaal en aan het materiaal zelf. Als gevolg hiervan verdampt vocht uit het materiaal en daalt de temperatuur van de lucht. Na passage van pluizen- en stoffilter E komt de vochtige lucht met temperatuur T3 bij de aanzuigopening van de turbocompressor F.This warm air, with low relative humidity, is fed into the drying room or drum D. Here, the air transfers heat to the moisture present in the material to be dried and to the material itself. As a result, moisture from the material evaporates and the temperature of the air drops. After passing fluff and dust filter E, the humid air with temperature T3 reaches the suction opening of the turbocharger F.

De Compressor F comprimeert het lucht / dampmengsel isentroop 30 tot druk P4 en temperatuur T4. De temperatuur T4 dient zo hoog te zijn dat de lucht bij een tweede passage door de warmtewisselaar B een hoeveelheid energie kan afgeven, die gelijk is aan de hoeveelheid energie die nodig is om de bij A aangezogen lucht te verwarmen van Tl tot T2. Na de tweede 35 passage door de warmtewisselaar B heeft het lucht / dampmengsel nog dezelfde druk P4 doch een lagere temperatuur T5. Een deel van de waterdamp kan in de warmtewisselaar condenseren. Na de warmtewisselaar B expandeert de lucht deels isentroop deels 1 01 3395 3 polytroop of geheel polytroop via de expansieturbine G. Tijdens deze expansie koelt het lucht / dampmengsel sterk af en condenseert het grootste deel van de damp terwijl een groot deel van de compressie energie en de verdampingswarmte wordt 5 teruggewonnen.The Compressor F compresses the air / vapor mixture isentropically 30 to pressure P4 and temperature T4. The temperature T4 should be so high that on a second pass through the heat exchanger B, the air can give off an amount of energy equal to the amount of energy required to heat the air drawn in at A from T1 to T2. After the second passage through the heat exchanger B, the air / vapor mixture still has the same pressure P4 but a lower temperature T5. Part of the water vapor can condense in the heat exchanger. After the heat exchanger B the air expands partly isentropically partly 1 01 3395 3 polytropically or entirely polytropically via the expansion turbine G. During this expansion, the air / vapor mixture cools down considerably and most of the vapor condenses, while a large part of the compression energy and the heat of evaporation is recovered.

Na de expansieturbine passeert het lucht / dampmengsel condensafscheider H en komt bij wisselklep A weer geheel of gedeeltelijk in de omgeving. Uit condensafscheider H wordt het condens d.m.v. een pompje naar het gebruikelijke condens-10 reservoir of een afvoer gepompt.After the expansion turbine, the air / vapor mixture passes through condensation separator H and returns to the environment at change valve A, in whole or in part. The condensation is removed from condensation separator H by means of pumped a pump to the usual condensation tank or a drain.

In de onderhavige uitvinding beschrijft het drogende medium in thermodynamische zin een negatief kringloop proces. Zie P.V. diagram van figuur 2.In the present invention, the drying medium in a thermodynamic sense describes a negative cycling process. See P.V. diagram of figure 2.

Hierin zijn de volgende trajecten te onderscheiden.The following processes can be distinguished here.

15 Traject 1-2. Opwarmen van de bij A aangezogen lucht door de warmtewisselaar B en eventueel het verwarmingselement C. Het volume van de lucht stijgt hierbij van VI naar V2.15 Track 1-2. Heating of the air drawn in at A by the heat exchanger B and possibly the heating element C. The volume of the air increases from VI to V2.

Traject 2-3. Afgifte van warmte aan het te drogen materiaal 20 in de droogruimte D waarbij vocht uit het materiaal verdampt. Het vochtgehalte in de lucht stijgt, de temperatuur en het volume dalen van T2, V2 naar T3 en V3.Track 2-3. Delivery of heat to the material to be dried 20 in the drying room D, whereby moisture evaporates from the material. The moisture content in the air rises, the temperature and volume drop from T2, V2 to T3 and V3.

Traject 3-4. De compressor F comprimeert het lucht / 25 dampmengsel isentroop naar een hogere druk P4 en hogere temperatuur T4. Het volume neemt hierbij af tot V4.Pathway 3-4. The compressor F compresses the air / vapor mixture isentropically to a higher pressure P4 and higher temperature T4. The volume hereby decreases to V4.

Traject 4-5. Het gecomprimeerde lucht / dampmengsel staat een hoeveelheid energie af in de warmtewisselaar B, 30 waarbij Q af = Q op / η waarin: Q af = afgegeven hoeveelheid energie in traject 4-5.Trajectory 4-5. The compressed air / vapor mixture releases an amount of energy into the heat exchanger B, 30 where Q af = Q at / η where: Q af = amount of energy delivered in range 4-5.

Q op = opgenomen hoeveelheid energie in traject 1-2.Q op = amount of energy absorbed in trajectory 1-2.

35 η = rendement van de warmtewisselaar.35 η = efficiency of the heat exchanger.

1013395 41013395 4

Traject 5-6. Het lucht / dampmengsel expandeert deels isentroop, deels polytroop of geheel polytroop via de expansieturbine G van druk P5 en volume V5 naar atmosferische druk van 1 Bar.Trajectory 5-6. The air / vapor mixture expands partly isentropically, partly polytropically or entirely polytropically via the expansion turbine G from pressure P5 and volume V5 to atmospheric pressure of 1 Bar.

5 In de expansieturbine koelt het lucht / dampmengsel sterk af en condenseert het grootste deel van de damp. De compressie-energie en een deel van de condensatiewarmte wordt door de expansieturbine omgezet in mechanische energie en afgegeven aan de compressor. De electromotor M dient de resterend benodigde 10 arbeid te leveren. Deze arbeid wordt voorgesteld door het gearceerde oppervlak 1-2-3-4-5-6-1.5 In the expansion turbine, the air / vapor mixture cools down considerably and most of the vapor condenses. The compression energy and part of the condensation heat is converted into mechanical energy by the expansion turbine and delivered to the compressor. The electric motor M must provide the remaining work required. This work is represented by the shaded area 1-2-3-4-5-6-1.

Voor het verdampen van 0,7 gram water per seconde, zoals gebruikelijk in gangbare wasdrogers, moet in de onderhavige uitvinding de electromotor een theoretisch vermogen leveren van 15 ca. 390 Watt.To evaporate 0.7 grams of water per second, as is customary in conventional clothes dryers, the electric motor in the present invention must provide a theoretical power of approx. 390 watts.

Rekening houdend met de rendementen van de diverse onderdelen en het vermogen dat gelevered dient te worden voor het laten draaien van de droogtrommel, het condenspompje en de overige electronica is een totaal vermogen nodig van ca. 1050 Watt, na 20 de opwarmperiode.Taking into account the efficiencies of the various parts and the power that must be supplied for running the dryer, the condensate pump and the other electronics, a total power of approx. 1050 Watt is required after the heating period.

Een gangbare electrische wasdroger met dampafvoer gebruikt daartoe ca. 2030 Watt.A conventional electric tumble dryer with vapor extraction uses approx. 2030 Watt for this.

De onderhavige uitvinding gebruikt dus ca.Thus, the present invention uses ca.

(2430-1050) x 100% / 2430 = 57% minder energie.(2430-1050) x 100% / 2430 = 57% less energy.

25 Het rendement wordt sterk beïnvloed door de kwaliteit van de compressor / expander combinatie alsmede de kwaliteit van de warmtewisselaar.25 The efficiency is strongly influenced by the quality of the compressor / expander combination as well as the quality of the heat exchanger.

Regeling van het droogproces:Control of the drying process:

Teneinde de belangrijkste temperaturen T2, T3 en T6 te 30 beïnvloeden zijn; A. De compressieverhouding te regelen d.m.v. verstelbare straalpijpen in de expander.In order to influence the main temperatures T2, T3 and T6; A. Control the compression ratio by adjustable nozzles in the expander.

B. Het luchtvolume te wijzigen door het toerental van de compressor / expander electronisch te regelen.B. Change the air volume by electronically controlling the speed of the compressor / expander.

35 C. Gedurende de opwarmperiode element C in te schakelen.35 C. Switch on element C during the heating-up period.

D. De lucht wel of niet te laten circuleren door klep A om te schakelen.D. To circulate or not circulate the air by switching valve A.

1013395 51013395 5

In de bovenstaande beschrijving is een voorkeurs uitvoeringsvorm weergegeven van de drooginrichting overeenkomstig de uitvinding toegepast op een wasdroger.The above description shows a preferred embodiment of the drying device according to the invention applied to a tumble dryer.

Het zal voor deskundigen duidelijk zijn dat voren beschreven 5 principe ook op andere processen, met eventuele modificaties, bruikbaar is, zonder de beschermingsomvang van dit octrooischrift te verlaten.It will be apparent to those skilled in the art that the principle described above can also be used on other processes, with any modifications, without departing from the scope of this patent.

10 15 20 25 30 35 101339510 15 20 25 30 35 1013395

Claims

1. Device for drying materials which works with air or another gas as drying medium in an open or closed system, in particular a tumble dryer, comprising a drying chamber with an air inlet and an air outlet, a heating element arranged in the air inlet channel for heating the incoming air, a dust and fluff filter placed in the air outlet duct and a condenser with 10 discharge as well as a fan for flowing the drying medium through the device, characterized in that the device is provided with a turbocharger / expander in combination with a drive motor on one shaft and a heat exchanger in which the heating element is the cold side of the heat exchanger and the warm side together with the expander form the condenser, while the compressor fulfills the function of the fan.

Device according to claim 1, characterized in that the drive motor of the turbocharger / expander is cooled by the air drawn in.

3. Device as claimed in claim 1, characterized in that an additional heating element is placed in the air inlet channel after the heat exchanger for quickly heating the material to be dried or for additional heating.

4. Device as claimed in claim 1, characterized in that means are present for measuring the air temperature after the heat exchanger in the inlet channel T2, the air temperature when leaving the dryer T3 and the air temperature at the outlet T6.

5. Device according to claims 1 and 4, characterized in that means are provided for controlling the speed of the turbocharger / expander and the compression ratio by means of jet nozzle by means of the temperatures mentioned in claim 4.

6. Device as claimed in claims 1, 4 and 5, characterized in that the drying medium in a thermodynamic sense undergoes a negative circulation process. 1013395