WO2008086933A1 - Kondensationstrockner mit einer wärmepumpe sowie verfahren zu seinem betrieb - Google Patents

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WO2008086933A1
WO2008086933A1 PCT/EP2007/064180 EP2007064180W WO2008086933A1 WO 2008086933 A1 WO2008086933 A1 WO 2008086933A1 EP 2007064180 W EP2007064180 W EP 2007064180W WO 2008086933 A1 WO2008086933 A1 WO 2008086933A1
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air
heat exchanger
heat pump
condensation dryer
condenser
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PCT/EP2007/064180
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Günter Steffens
Klaus Grunert
Andreas Stolze
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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Priority to AT07857803T priority patent/ATE479792T1/de
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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 
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/206—Heat pump arrangements

Definitions

  • the invention relates to a condensation dryer with a drying chamber for the objects to be dried, a process air circuit in which there is a heater for heating the process air and the heated process air can be performed by means of a blower on the objects to be dried, an air-to-air heat exchanger and a heat pump cycle with an evaporator, a compressor and a condenser, and a method for its operation.
  • Tumble dryers whose operation is based on the condensation of the evaporated by means of warm process air moisture of the laundry from the process air discharged from the laundry - so-called condensation dryer - need no hose for removing the moisture-laden process air and are very popular because they are in indoor bathrooms or Laundry rooms can be used by larger residential complexes. This applies both to tumble dryers intended specifically for drying laundry and to so-called laundry dryers, namely appliances which can both wash and dry laundry. Any subsequent reference to a "tumble dryer” or “condenser dryer” therefore applies to both a drying and a washing and drying device.
  • process air In a condensation dryer air (so-called process air) is passed through a fan via a heater in a wet laundry containing drum as a drying chamber. The hot air absorbs moisture from the laundry to be dried. After passing through the drum, the now moist process air is directed into a heat exchanger, which is usually preceded by a lint filter.
  • the moist process air is cooled, for example by a separately guided cooling air flow, so that the moisture contained in the process air condenses as water.
  • the condensed water is then generally collected in a suitable container for later disposal, and the cooled and dried air is returned to the heater and then to the drum.
  • This drying process is energy-intensive, since the heat extracted during cooling of the process air in the heat exchanger is energetically lost to the process, at least when this heat is dissipated in a cooling air flow. By using a heat pump, this energy loss can be significantly reduced.
  • the cooling of the warm, moisture-laden process air is carried out substantially in a m first heat exchanger of the heat pump, in particular an evaporator, where the heat transferred to evaporate a refrigerant used in the heat pump is used.
  • Such vaporized due to the heating refrigerant is fed via a compressor to a second heat exchanger, in the given case and hereinafter also called “condenser", the heat pump, where due to the condensation of the gaseous refrigerant heat is released, which in turn for heating the process air before entering the
  • the liquefied refrigerant passes back to the evaporator through a restrictor, which reduces its pressure, where it evaporates, recovering heat from the process air.
  • a condensation dryer with a closed process air circuit which is equipped with a heat pump.
  • the heat pump is designed as a device operating according to the absorber principle whose absorber forms a third heat exchanger whose coolant flows through the primary circuit and via whose secondary circuit the process air flowing from the second heat exchanger is returned to the secondary circuit of the first heat exchanger.
  • Common heat pumps use compressor units as described above. These usually work optimally in a certain temperature range.
  • the problem with the use of a compressor heat pump in the condensation dryer are usually the high temperatures in the condenser, which lead due to the process that the compressor must be switched off and / or the efficiency of the heat pump deteriorates. This problem is even greater if the compressor is supported by an additional heating in the process air circuit, to a faster and / or higher heating of the process air and thus shorter Drying times to achieve.
  • One way to control and / or reduce the refrigerant temperatures in the heat pump cycle is therefore desirable.
  • the compressor can be cooled by an additional fan.
  • the refrigerant can be additionally cooled after the condenser.
  • An object of the invention is therefore to provide a condensation dryer of the type specified in the beginning, in which an optimal refrigerant temperature can be easily adjusted.
  • a condensation dryer is to be provided, which makes it possible to reduce the refrigerant temperature in the condenser.
  • a method for operating such a condensation dryer is to be specified.
  • Preferred embodiments of the condensation dryer according to the invention are listed in the claims 2 to 8. Preferred embodiments of the condensation dryer correspond to corresponding preferred embodiments of the method.
  • An object of the invention is thus a condensation dryer with a drying chamber for the objects to be dried, generally laundry, a process air circuit in which a heater for heating the process air is and the heated process air can be guided by means of a blower over the objects to be dried, an air-air heat exchanger and a heat pump circuit with an evaporator, a compressor and a condenser, wherein in the heat pump circuit between the condenser and the evaporator, an additional heat exchanger is located, which is operatively coupled to the air-air heat exchanger.
  • an additional heat exchanger is integrated into the condensation dryer equipped as a "hybrid" with both a heat pump circuit and with an air-to-air heat exchanger, the invention being based on the recognition that the Air-to-air heat exchanger and in particular the connected channels for process air or cooling air provide sufficient heat sinks to dissipate without affecting the drying process any excess heat from the heat pump circuit, this excess does not necessarily have to be lost or substantially.
  • the additional heat exchanger is arranged in a process air channel between the evaporator and the condenser.
  • the additional heat exchanger is between the condenser and an expansion valve, through which the liquefied refrigerant is expanded to a lower internal pressure in order to then evaporate in the evaporator can.
  • the exchange of heat takes place in the additional heat exchanger between the liquid refrigerant and the relatively cool process air.
  • the additional heat exchanger is not simply an extension of the condenser.
  • the refrigerant is partly in the liquid and partly in the gaseous phase, which is why a temperature is set in the condenser, which corresponds to the boiling point of the refrigerant at the given pressure in the condenser.
  • a lower temperature than this can not be achieved in the condenser; even if it is structurally enlarged.
  • the liquid refrigerant from the two-phase mixture is removed purely, its temperature can be lowered by a further heat exchange as needed. This is known as "subcooling.” This is what happens in the additional heat exchanger which, for that reason, can not be considered part of the condenser, even if it is placed in close proximity to the condenser.
  • the additional heat exchanger is located in a cooling air channel of the air-to-air heat exchanger.
  • the additional heat exchanger is generally in two channels, one of these channels according to the invention is the heat pump cycle and the other channel is the cooling air duct or the process air duct.
  • more than one additional heat exchanger may be present in the heat pump cycle.
  • a first additional heat exchanger located in the process air duct, and a second additional heat exchanger can be located in the cooling air duct.
  • an additional heat exchanger is located in the cooling air duct, it is arranged in a first preferred embodiment between a cooling fan and the air-air heat exchanger.
  • the additional heat exchanger is arranged in the cooling air channel on the side facing away from the cooling fan side of the air-to-air heat exchanger.
  • the additional heat exchanger is arranged in the cooling air duct on the side of a cooling fan facing away from the air-air heat exchanger.
  • the refrigerant used in the heat pump cycle is preferably selected from the group consisting of a butane / isopropane mixture, carbon dioxide and a fluorohydrocarbon compound.
  • the air-to-air heat exchanger is removable. This is particularly advantageous because a removable heat exchanger can be cleaned more easily from lint.
  • the invention also relates to a method for operating a condensation dryer just described, is conducted in the process air by means of a blower in a process air circuit, wherein the heat exchange between the heat pump and the process air circuit is supported by the additional heat exchanger between the condenser and the evaporator.
  • Preferred embodiments of the condensation dryer according to the invention correspond to preferred embodiments of the method according to the invention and vice versa, even if not indicated in detail in the present case.
  • the heat pump in the condensation dryer according to the invention has, in addition to evaporator, condenser and compressor in the flow direction of the refrigerant between the condenser and the evaporator, an expansion valve (also referred to as throttle valve or throttle) on.
  • an expansion valve also referred to as throttle valve or throttle
  • the refrigerant used in the heat pump preferably circulates in the heat pump circuit with a turbulent flow.
  • a turbulent flow may be adjusted by a suitable structural design of a flow channel and / or by suitable drive means (e.g., compressor).
  • the temperature of the refrigerant of the heat pump, in particular in the condenser, according to the invention is generally kept within the permissible range via the control of heat pump and additional heat exchanger. Since there is a heater in the process air circuit according to the invention before entering the drying chamber, the control of the heat pump is preferably carried out in coordination with the control of the heating.
  • process air and cooling air or process air and refrigerant in the heat pump are each passed through the corresponding heat exchangers in a crossflow or countercurrent process.
  • an improved adjustability of the temperature of the refrigerant in the heat pump, in particular in the condenser is given by the combination of a heat pump with the additional heat exchanger and with an air-air heat exchanger.
  • a drying chamber laundry drum
  • process air is first cooled in an air-to-air heat exchanger, where it can precipitate moisture in the form of condensed water.
  • the already slightly cooled process air is supplied to the evaporator of the heat pump cycle, where the process air is additionally cooled. Due to the use of the heat pump in the process air circuit upstream air-to-air heat exchanger, the refrigerant of the heat pump is heated less.
  • the heater used in the condensation dryer according to the invention is preferably a two-stage heater.
  • the control of this heater is also used in a preferred embodiment of the invention for controlling the temperature of the refrigerant.
  • the invention has the advantage that the temperature of the refrigerant in the heat pump can be easily controlled.
  • the temperature of the refrigerant can be regulated so that the heat pump and in particular the condenser work in an optimal temperature range. This allows the operation of the condensation dryer with a more favorable energy balance.
  • the heat pump is spared.
  • the requirements for the compressor of the heat pump may be lower at a lower refrigerant temperature.
  • FIGS. 1 to 5 Further details of the invention will become apparent from the following description of non-limiting embodiments of the condensation dryer according to the invention and a method to be used in this condensation dryer. Reference is made to FIGS. 1 to 5.
  • Fig. 1 shows a vertical section through a condensation dryer
  • Fig. 2 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for the embodiment of a condensation dryer shown in Figure 1;
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a second embodiment of the condensation dryer;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a third embodiment of the condensation dryer
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a fourth embodiment of the condensation dryer.
  • drying 1 shows a vertically sectioned condensation dryer 1 (hereinafter abbreviated to "dryer") in which an additional heat exchanger 16 both in the heat pump circuit 13, 14, 15, 16, 17 and in the cooling air channel 12 of an air-to-air heat exchanger 1 1, 12. This additional heat exchanger 16 is thus functionally coupled to the air-air heat exchanger 11, 12.
  • the dryer 1 shown in FIG. 1 has a drum rotatable about a horizontal axis as a drying chamber 3, inside which drivers 4 are fastened for moving laundry during a drum rotation.
  • Process air is conducted by means of a blower 19 via a heater 18, by a drum 3, an air-air heat exchanger 1 1, 12 and a heat pump 13, 14, 15 in an air channel 2 in a closed circuit (process air circuit 2).
  • the moist, warm process air is cooled and reheated after condensation of moisture contained in the process air.
  • heated air from the heater 18, ie from the side of the drum 3 opposite a dryer door 5 is passed through the perforated bottom into the drum 3, where it comes into contact with the laundry to be dried and flows through the filling opening of the drum 3 to a lint filter 6 within a filling door closing the filling opening 5. Subsequently, the air flow is deflected in the dryer door 5 down and passed from the air duct 2 to the air-air heat exchanger 1 1, 12. There condenses due to cooling the absorbed by the process air from the laundry moisture and is collected in a dashed line in Figure 1 condensate tank 21 from which they can be disposed of.
  • the somewhat cooled process air to the evaporator 13 of a heat pump 13, 14, 15 out, where it is further cooled.
  • the refrigerant of the heat pump evaporated in the evaporator 13 is conducted to the condenser 15 via a compressor 14.
  • condenser 15 the refrigerant liquefies with heat being released to the process air.
  • the refrigerant which is now in liquid form, subsequently becomes an additional refrigerant Heat exchanger 16 out, which is in the cooling air passage 12 of the air-to-air heat exchanger 1 1, 12 between this and a cooling (air) blower 20, and from there via a throttle valve 17 in turn to the evaporator 13, whereby the refrigerant circuit is closed.
  • the cooling air is taken from the room air and, after passing through the air-air heat exchanger 1 1, 12 again supplied to the room air.
  • the drum 3 is mounted in the embodiment shown in Fig. 1 at the rear bottom by means of a pivot bearing and front by means of a bearing plate 7, 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 condensation dryer via a control device 10, which can be controlled by the user via an operating unit 9.
  • Figure 2 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for the embodiment of a condensation dryer shown in Fig. 1. While the process air in the closed process air circuit 2 and the refrigerant in the closed heat pump circuit of the heat pump 13, 14, 15 is performed, the air used for cooling in the air-air heat exchanger 1 1, 12 air is taken from the room air, via the cooling fan 20 after passage through the additional heat exchanger 16 to the air-to-air heat exchanger 1 1, 12 passed and then fed back to the room air.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a second embodiment of the condensation dryer with an additional heat exchanger 16, which is operatively coupled to the air-air heat exchanger 1 1, 12.
  • the additional heat exchanger 16 is also in the cooling air passage 12 of the air-to-air heat exchanger 1 1, 12, but in the cooling air passage 12 on the side facing away from the cooling fan 20 of the air-to-air heat exchanger 1 1, 12th
  • Fig. 4 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a third embodiment of the condensation dryer.
  • the air-air heat exchanger 1 1, 12 functionally coupled additional heat exchanger 16 in the cooling air channel 12 on the air-air heat exchanger 1 1, 12 opposite side of the cooling fan 20 is arranged.
  • the heat exchanger 16 is thus in the intake of the cooling air.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of the process air circuit and the heat pump circuit for a fourth embodiment of the condensation dryer.
  • the additional heat exchanger 16 which is functionally coupled to the air-air heat exchanger 1 1, 12, in the process air duct 11 between the evaporator 13 upstream expansion valve 17 and the condenser 15 is arranged.
  • the exchange of heat takes place in the additional heat exchanger 16 between the liquid refrigerant and the relatively cool process air.
  • the additional heat exchanger 16 is not simply an extension of the condenser 15.
  • the refrigerant is present in a two-phase mixture partly in the liquid and partly in the gaseous phase. Therefore, there is a temperature that corresponds to the boiling point of the refrigerant at the given pressure in the condenser 15. A lower temperature than this can not be achieved in the condenser 15.
  • Increased or decreased supply of heat into the condenser 15 is compensated without changing the temperature by a shift in the balance between the proportions of the liquid and gaseous refrigerant in the two-phase mixture.

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  • Detail Structures Of Washing Machines And Dryers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner (1) mit einer Trocknungskammer (3) für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkreis (2), in dem sich eine Heizung (18) zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses (19) über die zu trocknenden Gegenstände geführt werden kann, einem Luft-Luft-Wärmetauscher (11, 12) und einem Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) mit einem Verdampfer (13), einem Kompressor (14) und einem Verflüssiger (15), wobei sich im Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) zwischen dem Verflüssiger (15) und dem Verdampfer (13) ein zusätzlicher Wärmetauscher (16) befindet, welcher mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher (11, 12) funktionell gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb dieses Kondensationstrockners (1).

Description

Kondensationstrockner mit einer Wärmepumpe sowie Verfahren zu seinem Betrieb
Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner mit einer Trocknungskammer für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände geführt werden kann, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, sowie ein Verfahren zu seinem Betrieb.
Wäschetrockner, deren Funktionsweise auf der Kondensation der mittels warmer Prozessluft verdampften Feuchtigkeit der Wäsche aus der von der Wäsche abgeführten Prozessluft beruht - so genannte Kondensationstrockner - benötigen keinen Schlauch zur Abführung der mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft und sind sehr beliebt, weil sie in innen liegenden Bädern oder Waschküchen von größeren Wohnkomplexen verwendet werden können. Dies gilt sowohl für speziell zum Trocknen von Wäsche bestimmte Wäschetrockner als auch für so genannte Waschtrockner, nämlich Geräte, die Wäsche sowohl waschen als auch trocknen können. Jedwede nachfolgende Bezugnahme auf einen „Wäschetrockner" oder „Kondensationstrockner" gilt daher sowohl einem nur zum Trocknen als auch einem gleichermaßen zum Waschen und Trocknen bestimmten Gerät.
In einem Kondensationstrockner wird Luft (so genannte Prozessluft) durch ein Gebläse über eine Heizung in eine feuchte 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.
Im Wärmetauscher wird die feuchte Prozessluft abgekühlt, beispielsweise durch einen separat geführten Kühlluftstrom, so dass die in der Prozessluft enthaltene Feuchtigkeit als Wasser kondensiert. Das kondensierte Wasser wird anschließend im Allgemeinen in einem geeigneten Behälter zur späteren Entsorgung gesammelt, und die abgekühlte und getrocknete Luft erneut der Heizung und anschließend der Trommel zugeführt.
Dieser Trocknungsvorgang ist energieintensiv, da die bei der Kühlung der Prozessluft im Wärmetauscher entzogene Wärme dem Prozess energetisch verloren geht, jedenfalls dann, wenn diese Wärme in einem Kühlluftstrom abgeführt wird. Durch Einsatz einer Wärmepumpe lässt sich dieser Energieverlust deutlich reduzieren. Bei einem mit einer Wärmepumpe ausgestatteten Kondensationstrockner erfolgt die Kühlung der warmen, mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft im Wesentlichen in eine m ersten Wärmetauscher der Wärmepumpe, insbesondere einem Verdampfer, wo die übertragene Wärme zur Verdampfung eines in der Wärmepumpe eingesetzten Kältemittels verwendet wird. Solches aufgrund der Erwärmung verdampftes Kältemittel wird über einen Kompressor einem zweiten Wärmetauscher, im gegebenen Fall und nachfolgend auch „Verflüssiger" genannt, der Wärmepumpe zugeführt, wo aufgrund der Kondensation des gasförmigen Kältemittels Wärme freigesetzt wird, die wiederum zum Aufheizen der Prozessluft vor Eintritt in die Trommel verwendet wird. Das verflüssigte Kältemittel gelangt durch eine Drossel, welche seinen Druck herabsetzt, zurück zum Verdampfer, um dort unter erneutem Aufnehmen von Wärme aus der Prozessluft zu verdampfen.
In der DE 40 23 000 C2 ist ein Wäschetrockner mit einer Wärmepumpe beschrieben, bei dem im Prozessluftkanal zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer eine Zuluftöffnung angeordnet ist, die mit einer steuerbaren Verschlusseinrichtung verschließbar ist.
In der DE 197 38 735 C2 ist ein Kondensationstrockner mit einem geschlossenen Prozessluftkreis beschrieben, der mit einer Wärmepumpe ausgerüstet ist. Die Wärmepumpe ist als nach dem Absorberprinzip arbeitende Einrichtung ausgebildet, deren Absorber einen dritten Wärmetauscher bildet, dessen Primärkreis vom Kühlmittel durchströmt ist und über dessen Sekundärkreis die vom zweiten Wärmetauscher abströmende Prozessluft wieder dem Sekundärkreis des ersten Wärmetauschers zugeführt ist.
Der traditionell eingesetzte Luft-Luft-Wärmetauscher - im Kreuzbetrieb oder im Gegenstrombetrieb betrieben - und die elektrische Heizung sind im Allgemeinen komplett durch eine Wärmepumpe ersetzt. Dadurch können Verbesserungen der Energieperformance von 20 bis 50 % erreicht werden.
Als gängige Wärmepumpen kommen Kompressor-Aggregate wie vorstehend beschrieben zur Anwendung. Diese arbeiten in der Regel optimal in einem bestimmten Temperaturbereich. Problematisch bei der Anwendung einer Kompressor-Wärmepumpe im Kondensationstrockner sind die meist hohen Temperaturen im Verflüssiger, die prozessbedingt dazu führen, dass der Kompressor abgeschaltet werden muss und / oder sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe verschlechtert. Dieses Problem ist noch größer, wenn der Kompressor durch eine Zusatzheizung im Prozessluftkreis unterstützt wird, um eine schnellere und/oder höhere Aufheizung der Prozessluft und damit kürzere Trocknungszeiten zu erreichen. Eine Möglichkeit zur Kontrolle und/oder Reduzierung der Kältemitteltemperaturen im Wärmepumpenkreis ist daher wünschenswert.
Zur Behebung dieses Problems kann beispielsweise der Kompressor über einen zusätzlichen Ventilator gekühlt werden. Außerdem kann mit einem zusätzlichen Wärmetauscher, der mit einem Zusatzgebläse ausgestattet ist, das Kältemittel nach dem Verflüssiger zusätzlich gekühlt werden. Diese Lösungen haben den Nachteil, dass zusätzlicher Aufwand, insbesondere ein zusätzliches Gebläse, benötigt wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Kondensationstrockners der eingangs spezifizierten Gattung, bei dem leicht eine optimale Kältemitteltemperatur eingestellt werden kann. Es soll insbesondere ein Kondensationstrockner bereitgestellt werden, der es ermöglicht, die Kältemitteltemperatur im Verflüssiger herabzusetzen. Auch soll ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kondensationstrockners angegeben werden.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch einen Kondensationstrockner mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des Kondensationstrockners entsprechen sinngemäße bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens.
Ein Gegenstand der Erfindung ist somit ein Kondensationstrockner mit einer Trocknungskammer für die zu trocknenden Gegenstände, im Allgemeinen Wäschestücke, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände geführt werden kann, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, wobei sich im Wärmepumpenkreis zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer ein zusätzlicher Wärmetauscher befindet, welcher mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher funktionell gekoppelt ist.
Erfindungsgemäß wird ein zusätzlicher Wärmetauscher in den als „Hybriden" sowohl mit Wärmepumpenkreis als auch mit Luft-Luft-Wärmetauscher ausgestatteten Kondensationstrockner integriert. Dabei geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, dass der Luft-Luft-Wärmetauscher und insbesondere die daran angeschlossenen Kanäle für Prozessluft oder Kühlluft ausreichende Wärmesenken bieten, um ohne Beeinträchtigung des Trocknungsprozesses einen eventuellen Überschuss an Wärme aus dem Wärmepumpenkreis abführen zu können, wobei dieser Überschuss nicht notwendigerweise ganz oder im wesentlichen verloren gehen muss.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners ist der zusätzliche Wärmetauscher in einem Prozessluftkanal zwischen dem Verdampfer und dem Verflüssiger angeordnet. Besonders bevorzugt liegt der zusätzliche Wärmetauscher dabei zwischen dem Verflüssiger und einem Entspannungsventil, durch welches das verflüssigte Kältemittel auf einen geringeren Binnendruck entspannt wird, um anschließend im Verdampfer verdampfen zu können. Dabei erfolgt der Austausch von Wärme in dem zusätzlichen Wärmetauscher zwischen dem flüssigen Kältemittel und der relativ kühlen Prozessluft. In dieser Konfiguration ist der zusätzliche Wärmetauscher nicht einfach eine Erweiterung des Verflüssigers. Im Verflüssiger liegt das Kältemittel teils in flüssiger und teils in gasförmiger Phase vor, weshalb sich im Verflüssiger eine Temperatur einstellt, die der Siedetemperatur des Kältemittels beim gegebenen Druck im Verflüssiger entspricht. Eine geringere Temperatur als diese ist im Verflüssiger nicht zu erreichen; auch dann nicht, wenn er baulich vergrößert wird. Wird aber das flüssige Kältemittel aus dem zweiphasigen Gemisch rein abgezogen, so kann seine Temperatur durch einen weiteren Wärmeaustausch nach Bedarf abgesenkt werden. Diese Maßnahme ist unter dem Begriff „Unterkühlen" bekannt. Eben dies geschieht in dem zusätzlichen Wärmetauscher, der aus diesem Grunde selbst dann, wenn er in großer Nähe zum Verflüssiger angeordnet ist, nicht als Teil des Verflüssigers angesehen werden kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners befindet sich der zusätzliche Wärmetauscher in einem Kühlluftkanal des Luft-Luft-Wärmetauschers.
Bedingt durch seine Funktion als Wärmetauscher befindet sich der zusätzliche Wärmetauscher im Allgemeinen in zwei Kanälen, wobei einer dieser Kanäle erfindungsgemäß der Wärmepumpenkreis ist und der andere Kanal der Kühlluftkanal oder der Prozessluftkanal ist.
Im erfindungsgemäßen Kondensationstrockner kann mehr als ein zusätzlicher Wärmetauscher im Wärmepumpenkreis vorhanden sein. Beispielsweise kann sich ein erster zusätzlicher Wärmetauscher im Prozessluftkanal befinden, und ein zweiter zusätzlicher Wärmetauscher kann sich im Kühlluftkanal befinden.
Wenn sich ein zusätzlicher Wärmetauscher im Kühlluftkanal befindet, ist er in einer ersten bevorzugten Ausführungsform zwischen einem Kühlgebläse und dem Luft-Luft- Wärmetauscher angeordnet.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist der zusätzliche Wärmetauscher im Kühlluftkanal auf der einem Kühlgebläse abgewandten Seite des Luft-Luft-Wärmetauschers angeordnet.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist der zusätzliche Wärmetauscher im Kühlluftkanal auf der dem Luft-Luft-Wärmetauscher abgewandten Seite eines Kühlgebläses angeordnet.
Das im Wärmepumpenkreis verwendete Kältemittel ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die aus einer Butan/Isopropan-Mischung, Kohlendioxid und einer Fluorkohlenwasserstoffverbindung besteht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Kondensationstrockners ist der Luft-Luft- Wärmetauscher abnehmbar. Dies ist besonders vorteilhaft, da ein abnehmbarer Wärmetauscher leichter von Flusen gereinigt werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines soeben beschriebenen Kondensationstrockners, in dem Prozessluft mittels eines Gebläses in einem Prozessluftkreis geführt wird, wobei der Wärmeaustausch zwischen der Wärmepumpe und dem Prozessluftkreis durch den zusätzlichen Wärmetauscher zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer unterstützt wird.
Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners entsprechen bevorzugte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt, auch wenn vorliegend darauf nicht jeweils im Einzelnen hingewiesen wird.
Die Wärmepumpe im erfindungsgemäßen Kondensationstrockner weist neben Verdampfer, Verflüssiger und Kompressor in Fließrichtung des Kältemittels zwischen dem Verflüssiger und dem Verdampfer ein Entspannungsventil (auch als Drosselventil oder Drossel bezeichnet) auf.
Das in der Wärmepumpe eingesetzte Kältemittel zirkuliert im Wärmepumpenkreis vorzugsweise mit einer turbulenten Strömung. Eine turbulente Strömung kann durch eine geeignete konstruktive Ausgestaltung eines Strömungskanals und/oder durch geeignete Antriebsmittel (z.B. Kompressor) eingestellt werden.
Die Temperatur des Kältemittels der Wärmepumpe, insbesondere im Verflüssiger, wird erfindungsgemäß im Allgemeinen über die Steuerung von Wärmepumpe und zusätzlichem Wärmetauscher im zulässigen Bereich gehalten. Da sich beim erfindungsgemäßen Kondensationstrockner im Prozessluftkreis vor dem Eintritt in die Trocknungskammer eine Heizung befindet, wird vorzugsweise die Steuerung der Wärmepumpe in Abstimmung mit der Steuerung der Heizung durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, wenn Prozessluft und Kühlluft bzw. Prozessluft und Kältemittel in der Wärmepumpe jeweils in einem Kreuz- bzw. Gegenstromverfahren durch die entsprechenden Wärmetauscher geführt werden.
Erfindungsgemäß ist eine verbesserte Einstellbarkeit der Temperatur des Kältemittels in der Wärmepumpe, insbesondere im Verflüssiger, durch die Kombination einer Wärmepumpe mit dem zusätzlichen Wärmetauscher und mit einem Luft-Luft-Wärmetauscher gegeben. Hierbei wird die nach Durchgang durch eine Trocknungskammer (Wäschetrommel) mit Feuchtigkeit beladene heiße Prozessluft zunächst in einem Luft-Luft-Wärmetauscher abgekühlt, wo sie Feuchtigkeit in Form von kondensiertem Wasser abscheiden kann. Anschließend wird die bereits etwas abgekühlte Prozessluft dem Verdampfer des Wärmepumpenkreises zugeführt, wo die Prozessluft zusätzlich gekühlt wird. Aufgrund der Verwendung des der Wärmepumpe im Prozessluftkreis vorgeschalteten Luft-Luft-Wärmetauschers wird das Kältemittel der Wärmepumpe weniger stark erhitzt.
Die im erfindungsgemäßen Kondensationstrockner eingesetzte Heizung ist vorzugsweise eine Zweistufen-Heizung. Die Steuerung dieser Heizung wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls zur Regelung der Temperatur des Kältemittels herangezogen. Da mit fortschreitendem Trocknungsgrad der im Kondensationstrockner zu trocknenden Gegenstände die notwendige Energie für das Trocknen abnimmt, ist es zweckmäßig, die Heizung entsprechend zu regeln, d.h. mit fortschreitendem Trocknungsgrad deren Heizleistung zu vermindern, um ein Gleichgewicht zwischen der zugeführten und der notwendigen Trocknungsenergie aufrecht zu erhalten.
Mit zunehmendem Trocknungsgrad der zu trocknenden Gegenstände, insbesondere Wäsche, wird somit eine geringere Heizleistung oder sogar eine zunehmende Kühlleistung der Wärmepumpe erforderlich. Insbesondere würde nach einer abgeschlossenen Trocknungsphase die Temperatur im Prozessluftkreis stark ansteigen. Im Allgemeinen werden daher die Wärmepumpe und die Heizung im Kondensationstrockner so geregelt, dass in der Trocknungskammer eine maximal zulässige Temperatur nicht überschritten wird.
Zur Regelung der Temperatur von Kältemittel bzw. Wärmepumpe sowie der Temperatur der Prozessluft werden im Allgemeinen dem Fachmann an sich bekannte Temperaturfühler im Wärmepumpenkreis und/oder im Prozessluftkreis eingesetzt.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Temperatur des Kältemittels in der Wärmepumpe leicht geregelt werden kann. Insbesondere kann die Temperatur des Kältemittels so geregelt werden, dass die Wärmepumpe und insbesondere der Verflüssiger in einem optimalen Temperaturbereich arbeiten. Dies ermöglicht den Betrieb des Kondensationstrockners mit günstigerer Energiebilanz. Außerdem wird die Wärmepumpe geschont. Zudem können die Anforderungen an den Kompressor der Wärmepumpe bei einer niedrigeren Kältemittel- Temperatur geringer sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen für den erfindungsgemäßen Kondensationstrockner und ein in diesem Kondensationstrockner einzusetzendes Verfahren. Dabei wird Bezug genommen auf die Figuren 1 bis 5.
Fig. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Kondensationstrockner;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform eines Kondensationstrockners; Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine zweite Ausführungsform des Kondensationstrockners;
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine dritte Ausführungsform des Kondensationstrockners;
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine vierte Ausführungsform des Kondensationstrockners.
Figur 1 zeigt einen senkrecht geschnittenen Kondensationstrockner 1 (im Folgenden mit „Trockner" abgekürzt) bei dem sich ein zusätzlicher Wärmetauscher 16 sowohl im Wärmepumpenkreis 13, 14, 15, 16, 17 als auch im Kühlluftkanal 12 eines Luft-Luft- Wärmetauschers 1 1 , 12 befindet. Dieser zusätzliche Wärmetauscher 16 ist also mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 funktionell gekoppelt.
Der in Figur 1 dargestellte Trockner 1 weist eine um eine horizontale Achse drehbare Trommel als Trocknungskammer 3 auf, innerhalb welcher Mitnehmer 4 zur Bewegung von Wäsche während einer Trommeldrehung befestigt sind. Prozessluft wird mittels eines Gebläses 19 über eine Heizung 18, durch eine Trommel 3, einen Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 sowie eine Wärmepumpe 13, 14, 15 in einem Luftkanal 2 im geschlossenen Kreis geführt (Prozessluftkreis 2). Nach Durchgang durch die Trommel 3 wird die feuchte, warme Prozessluft abgekühlt und nach Kondensation der in der Prozessluft enthaltenen Feuchtigkeit wieder erwärmt. Dabei wird von der Heizung 18 erwärmte Luft von hinten, d.h. von der einer Trocknertür 5 gegenüberliegenden Seite der Trommel 3, durch deren gelochten Boden in die Trommel 3 geleitet, kommt dort mit der zu trocknenden Wäsche in Berührung und strömt durch die Befüllöffnung der Trommel 3 zu einem Flusensieb 6 innerhalb einer die Befüllöffnung verschließenden Trocknertür 5. Anschließend wird der Luftstrom in der Trocknertür 5 nach unten umgelenkt und von dem Luftkanal 2 zum Luft-Luft- Wärmetauscher 1 1 , 12 geleitet. Dort kondensiert infolge Abkühlung die von der Prozessluft aus den Wäschestücken aufgenommene Feuchtigkeit und wird in einem in Figur 1 gestrichelt gezeichneten Kondensat-Behälter 21 aufgefangen, von dem aus sie entsorgt werden kann. Anschließend wird die etwas abgekühlte Prozessluft zum Verdampfer 13 einer Wärmepumpe 13, 14, 15 geführt, wo sie weiter abgekühlt wird. Das dabei im Verdampfer 13 verdampfte Kältemittel der Wärmepumpe wird über einen Kompressor 14 zum Verflüssiger 15 geleitet. Im Verflüssiger 15 verflüssigt sich das Kältemittel unter Wärmeabgabe an die Prozessluft. Das nun in flüssiger Form vorliegende Kältemittel wird anschließend zu einem zusätzlichen Wärmetauscher 16 geführt, der sich im Kühlluftkanal 12 des Luft-Luft-Wärmetauschers 1 1 , 12 zwischen diesem und einem Kühl(luft)gebläse 20 befindet, und von dort über ein Drosselventil 17 wiederum zum Verdampfer 13, wodurch der Kältemittelkreis geschlossen ist. Die Kühlluft wird der Raumluft entnommen und nach Durchgang durch den Luft-Luft- Wärmetauscher 1 1 , 12 wieder der Raumluft zugeführt.
Die Trommel 3 wird in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform am hinteren Boden mittels eines Drehlagers und vorne mittels eines Lagerschildes 7 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 Kondensationstrockners erfolgt über eine Steuereinrichtung 10, die vom Benutzer über eine Bedieneinheit 9 geregelt werden kann.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform eines Kondensationstrockners. Während die Prozessluft im geschlossenen Prozessluftkreis 2 und das Kältemittel im geschlossenen Wärmepumpenkreis der Wärmepumpe 13, 14, 15 geführt wird, wird die zur Kühlung im Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 verwendete Luft der Raumluft entnommen, über das Kühlgebläse 20 nach Durchgang durch den zusätzlichen Wärmetauscher 16 zum Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 geleitet und anschließend wieder der Raumluft zugeführt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine zweite Ausführungsform des Kondensationstrockners mit einem zusätzlichen Wärmetauscher 16, welcher mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 funktionell gekoppelt ist. Bei dieser zweiten Ausführungsform befindet sich der zusätzliche Wärmetauscher 16 ebenfalls im Kühlluftkanal 12 des Luft-Luft-Wärmetauschers 1 1 , 12, allerdings im Kühlluftkanal 12 auf der dem Kühlgebläse 20 abgewandten Seite des Luft-Luft- Wärmetauschers 1 1 , 12.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine dritte Ausführungsform des Kondensationstrockners. Bei dieser Ausführungsform ist der mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher 1 1 , 12 funktionell gekoppelte zusätzliche Wärmetauscher 16 im Kühlluftkanal 12 auf der dem Luft-Luft- Wärmetauscher 1 1 , 12 abgewandten Seite des Kühlgebläses 20 angeordnet. Der Wärmetauscher 16 befindet sich somit im Ansaugbereich der Kühlluft. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für eine vierte Ausführungsform des Kondensationstrockners. Bei dieser Ausführungsform ist der zusätzliche Wärmetauscher 16, welcher mit dem Luft-Luft- Wärmetauscher 1 1 , 12 funktionell gekoppelt ist, im Prozessluftkanal 11 zwischen dem dem Verdampfer 13 vorgeschalteten Entspannungsventil 17 und dem Verflüssiger 15 angeordnet. So erfolgt der Austausch von Wärme in dem zusätzlichen Wärmetauscher 16 zwischen dem flüssigen Kältemittel und der relativ kühlen Prozessluft.
In der Konfiguration gemäß Fig. 5 ist der zusätzliche Wärmetauscher 16 nicht einfach eine Erweiterung des Verflüssigers 15. Im Verflüssiger 15 liegt das Kältemittel in einem zweiphasigen Gemisch teils in flüssiger und teils in gasförmiger Phase vor. Deshalb stellt sich dort eine Temperatur ein, die der Siedetemperatur des Kältemittels beim gegebenen Druck im Verflüssiger 15 entspricht. Eine geringere Temperatur als diese kann im Verflüssiger 15 nicht erreicht werden. Erhöhte oder verringerte Zufuhr von Wärme in den Verflüssiger 15 wird ohne Änderung der Temperatur aufgefangen von einer Verschiebung des Gleichgewichts zwischen den Anteilen des flüssigen und des gasförmigen Kältemittels im zweiphasigen Gemisch. Wird aber das flüssige Kältemittel aus dem zweiphasigen Gemisch rein abgezogen, so kann seine Temperatur durch einen weiteren Wärmeaustausch nach Bedarf abgesenkt und das flüssige Kältemittel dadurch unterkühlt werden. Eben dies geschieht in dem zusätzlichen Wärmetauscher 16, der aus diesem Grunde nicht als Teil des Verflüssigers 15 angesehen werden kann. Allerdings bietet das in dieser Konfiguration auftretende Phänomen der Unterkühlung des Kältemittels einen zusätzlichen Parameter für die Auslegung der Wärmepumpe und der in dieser sich ergebenden Temperaturniveaus, woraus sich zusätzlicher Spielraum zur Optimierung des Betriebs der Wärmepumpe und des Kondensationstrockners ergibt. Es ist denkbar, dieses Phänomen und den daraus resultierenden Spielraum auch in anderen Ausführungen des hier beschriebenen Kondensationstrockners zu realisieren und zu nutzen.

Claims

Patentansprüche
1. Kondensationstrockner (1 ) mit einer Trocknungskammer (3) für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkreis (2), in dem sich eine Heizung (18) zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses (19) über die zu trocknenden Gegenstände geführt werden kann, einem Luft-Luft-Wärmetauscher (1 1 , 12) und einem Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) mit einem Verdampfer (13), einem Kompressor (14) und einem Verflüssiger (15), dadurch gekennzeichnet, dass sich im Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) zwischen dem Verflüssiger (15) und dem Verdampfer (13) ein zusätzlicher Wärmetauscher (16) befindet, welcher mit dem Luft-Luft-Wärmetauscher (1 1 , 12) funktionell gekoppelt ist.
2. Kondensationstrockner (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmetauscher (16) in einem Prozessluftkanal (1 1 ) zwischen dem Verdampfer (13) und dem Verflüssiger (15) angeordnet ist.
3. Kondensationstrockner (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der zusätzliche Wärmetauscher (16) in einem Kühlluftkanal (12) des Luft-Luft- Wärmetauschers (1 1 , 12) befindet.
4. Kondensationstrockner (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmetauscher (16) im Kühlluftkanal (12) zwischen einem Kühlgebläse (20) und dem Luft-Luft-Wärmetauscher (1 1 , 12) angeordnet ist.
5. Kondensationstrockner (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmetauscher (16) im Kühlluftkanal (12) auf der einem Kühlgebläse (20) abgewandten Seite des Luft-Luft-Wärmetauschers (1 1 , 12) angeordnet ist.
6. Kondensationstrockner (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Wärmetauscher (16) im Kühlluftkanal (12) auf der dem Luft-Luft- Wärmetauscher (1 1 , 12) abgewandten Seite eines Kühlgebläses (20) angeordnet ist.
7. Kondensationstrockner (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kältemittel im Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus einer Butan/Isopropan-Mischung, Kohlendioxid und einer Fluorkohlenwasserstoffverbindung besteht.
8. Kondensationstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luft-Luft-Wärmetauscher (1 1 , 12) abnehmbar ist.
9. Verfahren zum Betrieb eines Kondensationstrockner (1 ) mit einer Trocknungskammer (3) für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkreis (2), in dem sich eine Heizung (18) zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines Gebläses (19) über die zu trocknenden Gegenstände geführt wird, einem Luft-Luft-Wärmetauscher (1 1 , 12) und einem Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) mit einem Verdampfer (13), einem Kompressor (14) und einem Verflüssiger (15), wobei sich im Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) zwischen dem Verflüssiger (15) und dem Verdampfer (13) ein zusätzlicher Wärmetauscher (16) befindet, welcher mit dem Luft-Luft- Wärmetauscher (1 1 , 12) funktionell gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen der Wärmepumpe (13, 14, 15) und dem Prozessluftkreis (2) durch den zusätzlichen Wärmetauscher (16) zwischen dem Verflüssiger (15) und dem Verdampfer (13) unterstützt wird.
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