[0001] Die Erfindung betrifft einen Wäschetrockner mit einer CO2-Wärmepumpe.
[0002] Eine Wärmepumpe besitzt in der Regel mindestens zwei Wärmetauscher, von denen ein erster dem Verdampfer und ein zweiter dem Gaskühler zugeordnet ist. Dies trifft auch für CO2-Wärmepumpen zu.
[0003] Die Wärmetauscher bestehen dabei in der Regel aus einem z.B. mäanderförmig verlaufenden Rohr, welches auf einer Platte oder dergleichen angeordnet ist, wobei im Wäschetrockner die Platte als Wärmetauschkörper zum Austausch der Wärme mit der Prozessluft ausgestaltet ist.
[0004] Es stellt sich die Aufgabe, die Effizienz von Wäschetrocknern mit CO2-Wärmepumpen zu verbessern.
[0005] Diese Aufgabe wird vom Wäschetrockner nach Anspruch 1 gelöst.
[0006] Anspruchsgemäss besitzt also mindestens ein Wärmetauscher mehrere Wärmetauschkörper und mindestens ein Rohr für das Medium. Die Wärmetauschkörper sind voneinander thermisch mindestens teilweise getrennt, derart, dass die Wärmeleitung innerhalb jedes Wärmetauschkörpers grösser ist als die Wärmeleitung zwischen unterschiedlichen Wärmetauschkörpern. Unterschiedliche Abschnitte des Rohrs stehen mit unterschiedlichen Wärmetauschkörpern in Kontakt. Dieser Aufbau stellt sicher, dass jeder Wärmetauschkörper nur einem Temperaturbereich des Rohrs zugeordnet ist, d.h., er verhindert, dass die Wärmetauschkörper Wärmebrücken zwischen Rohrabschnitten stark unterschiedlicher Temperatur bilden. Dadurch kann über das Rohr ein hoher Temperaturunterschied aufrechterhalten werden.
Dies erlaubt es, auf der heissen Seite des Kreislaufs eine höhere bzw. auf der kalten Seite eine tiefere Temperatur zu erreichen, wodurch die Effizienz der Geräts gesteigert werden kann.
[0007] Der Wärmetauschkörper weist im Hinblick auf eine kompakte Bauweise vorzugsweise Plattenform auf, er kann aber auch als Rohr, Profilelement oder dergleichen ausgestaltet sein. Auch können sie gelocht oder gitterförmig ausgestaltet sein.
[0008] Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>einen Schnitt durch einen Wäschetrockner,
<tb>Fig. 2<sep>den Kreislauf einer Wärmepumpe und der Prozessluft,
<tb>Fig. 3<sep>eine erste Ausführung eines Wärmetauschers,
<tb>Fig. 4<sep>eine zweite Ausführung eines Wärmetauschers und
<tb>Fig. 5<sep>eine dritte Ausführung eines Wärmetauschers.
[0009] Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wäschetrockner handelt es sich um einen "Tumbler" mit geschlossenem Prozessluftkreislauf. Er besitzt eine drehbare Trommel 1 zur Aufnahme der zu trocknenden Wäsche, durch deren Rückseite 2 die Prozessluft eingeblasen wird.
[0010] An der Vorderseite der Trommel 1 ist eine Türe 3 vorgesehen, welche dem Benutzer Zugang zur Trommel 1 bietet. Die von der Trommel 1 kommende Prozessluft tritt durch ein in der Türe 3 angeordnetes Flusensieb 4. Sodann tritt sie radial nach unten aus der Türe 3 aus und durchströmt ein im Türrahmen 5 angeordnetes Sekundärsieb 6.
[0011] Vom Sekundärsieb 6 durchläuft die Luft ein Kühlaggregat 8 mit einem Wärmetauscher 15 und dem Verdampfer 16 einer Wärmepumpe. Das Kühlaggregat 8 kühlt die Prozessluft ab und entzieht ihr gleichzeitig Wasser. Das Wasser wird in einem Sumpf 9 gesammelt. Sodann durchläuft die Prozessluft einen Ventilator 11 und ein Heizaggregat 12, worauf sie wieder in die Trommel 1 eintritt.
[0012] Das Kühlaggregat 8 umfasst, wie erwähnt, einerseits einen Wärmetauscher 15 und andererseits den Verdampfer 16 der Wärmepumpe. Der Wärmetauscher 15 ist ein Luft-Luft-Wärmetauscher. Er dient dazu, der Prozessluft abhängig von mindestens einem Betriebsparameter des Wäschetrockners Wärme zu entziehen und an die Umgebung abzugeben. Als Betriebsparameter kommt dabei primär die Temperatur der Prozessluft in Frage, sowie ein vom Benutzer angewähltes Trocknungsprogramm.
[0013] Das Heizaggregat 12 bezieht seine Wärme vom Gaskühler 17 der Wärmepumpe.
[0014] Fig. 2 zeigt den Kreislauf dieser Wärmepumpe 18 und der Prozessluft 19, wobei derjenige der Prozessluft gestrichelt dargestellt ist.
[0015] Wie ersichtlich, umfasst die Wärmepumpe eine CO2-Pumpe 20, welche das CO2 in bekannter Weise in den Gaskühler 17 pumpt, wo es abgekühlt wird. Sodann durchläuft das CO2 ein Expansionsventil 21, wodurch sein Druck reduziert wird und es im Verdampfer 16 verdampft.
[0016] Im Beispiel nach Fig. 1umfassen der Verdampfer 16 und der Gaskühler 17 je zwei parallel zueinander angeordnete Wärmetauscher, jeder bestehend aus einem Wärmetauschelement mit einem darauf angeordneten, mäanderförmigen Kanal für das CO2. Je nach Platzverhältnissen können jedoch auch mehr als zwei Wärmetauscher oder nur ein einzelner Wärmetauscher für den Verdampfer 16 und/oder den Gaskühler 17 vorgesehen sein.
[0017] Eine mögliche Ausführung eines Wärmetauschers für den Gaskühler 17 ist in Fig. 3 dargestellt. Er besitzt mehrere Wärmetauschkörper 22 aus Metall, welche je z.B. Plattenform besitzen und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Ein mäanderförmig auf den Wärmetauschkörpern 22 angeordnetes Rohr 23 bildet den Kanal für das CO2. Das Rohr 23 ist mit jedem der Wärmetauschkörper 22 so verbunden, dass eine möglichst gute Wärmeübertragung gewährleistet ist, z.B. durch Verschweissen.
[0018] Die Kanten benachbarter Wärmetauschkörper 22 sind parallel zueinander angeordnet und jeweils durch einen Spalt 24 thermisch voneinander getrennt. Zur Verbindung benachbarter Wärmetauschkörper 22 können z.B. Stege 25 aus Kunststoff vorgesehen sein, so dass die Wärmetauschkörper 22 eine leicht zu handhabende mechanische Einheit bilden und dennoch thermisch voneinander getrennt sind.
[0019] Das Rohr 23 überquert jeden Spalt 24 genau einmal.
[0020] Wie bereits teilweise erwähnt, wird durch diese Konstruktion erreicht, dass Rohrabschnitte unterschiedlicher Temperatur mit unterschiedlichen Wärmetauschern in Kontakt sind, was es erlaubt, einen grösseren Temperaturabfall über den ganzen Wärmetauscher zu erzielen.
[0021] Eine bevorzugte Ausführung eines Wärmetauschers für den Verdampfer 16 ist in Fig. 4dargestellt. Auch dieser Wärmetauscher besitzt mehrere plattenförmige Wärmetauschkörper 22a, 22b, welche jedoch unterschiedliche Grösse aufweisen. Während der Wärmetauschkörper 22a z.B. rund die Hälfte oder mehr der Fläche des Wärmetauschers bildet und entsprechend mit einem langen Abschnitt des Rohrs 23 in Verbindung steht, sind die Wärmetauschkörper 22b wesentlich kleiner und stehen mit entsprechend kürzeren Abschnitten des Rohrs 23 in Verbindung.
[0022] Das in den Verdampfer eintretende CO2 gelangt zuerst in denjenigen Rohrabschnitt, der mit dem grösseren Wärmetauschkörper 22a in Verbindung steht. Danach gelangt es in diejenigen Abschnitte des Rohrs 23, welche jeweils mit den kleineren Wärmetauschkörpern 22b in Verbindung stehen.
[0023] Die Teile sind dabei so dimensioniert, dass im Betrieb unter typischen Bedingungen alles CO2 im Bereich des ersten Wärmetauschkörpers 22a verdampft wird. Da die Temperatur des CO2 erst ansteigt, wenn alles CO2verdampft ist, besitzt das Rohr 23 also über den ganzen ersten Wärmetauschkörper 22a konstante Temperatur, so dass eine Aufspaltung des Wärmetauschkörpers 22a in diesem Abschnitt nicht sinnvoll ist.
[0024] Sobald das CO2 im Wesentlichen vollständig verdampft ist, kommt es mit einem der kleineren Wärmetauschkörper 22b in Kontakt. Von nun an steigt die Temperatur des CO2relativ rasch an, und die Spalten 24 verhindern Wärmebrücken zwischen Bereichen mit grossem Temperaturunterschied.
[0025] Fig. 4 illustriert weiter, dass die Stege 25 auch einstückig in die Wärmetauschkörper 22a, 22b integriert sein können, z.B., indem die Spalten 24 aus einem Blech herausgestanzt werden, welches nachher die Wärmetauschkörper 22a, 22b und die Stege 25 bildet.
[0026] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Wärmetauschers, der insbesondere als Gaskühler geeignet ist. Die hier gezeigte Technologie kann jedoch auch im Verdampfer eingesetzt werden, alternativ oder kumulativ zu den Massnahmen nach Fig. 4.
[0027] Wie in Fig. 5 dargestellt, ändert sich in dieser Ausführung die Schlaufendichte des mäanderförmig verlaufenden Rohrs 23 über die Länge des Wärmetauschers. Im Bereich der ersten vier Wärmetauschkörper 22, welche den heissesten Abschnitten des Rohres 23 zugeordnet sind, ist sie gering, und im Bereich der letzten zwei Wärmetauschkörper 22, welche den kältesten Abschnitten des Rohres 23 zugeordnet sind, ist sie höher. Dadurch wird erreicht, dass der einem heissen Wärmetauschkörper 22 zugeordnete Abschnitt des Rohrs 23 ein kleineres Volumen besitzt als der einem der kälteren Wärmetauschkörper 22 zugeordnete. Da in der vorliegenden Ausführung der Durchmesser des Rohrs 23 konstant ist, kann auch gesagt werden, dass der einem heissen Wärmetauschkörper 22 zugeordnete Rohrabschnitt kürzer ist als der einem kälteren Wärmetauschkörper 22 zugeordnete.
[0028] Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Temperatur der Prozessluft über die Länge des Wärmetauschers weniger stark ansteigt als dass die Temperatur des CO2 absinkt, d.h., am heissen (in Fig. 5oberen) Ende des Wärmetauschers besteht ein höherer Temperaturunterschied zwischen Prozessluft und CO2als am kälteren Ende. Somit verliert das CO2zu Beginn mehr Wärme pro Rohrlänge als gegen Ende, was durch die dichtere Anordnung der Rohre bzw. das grössere Rohrvolumen am kälteren Ende ausgeglichen wird.
[0029] Fig. 5 zeigt dabei nur eine der möglichen Gestaltungen einer variablen Schlaufendichte. Insbesondere die Zahl der Wärmetauschkörper 22 sowie die genaue Art des Anstiegs der Schlaufendichte kann den jeweiligen Anforderungen angepasst werden.
[0030] In den Figuren wird die Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem Wäschetrockner mit integrierter Wäschetrommel beschrieben. Die Erfindung kann aber auch in Form eines als Raumlufttrockner ausgestalteten Wäschetrockners ohne integrierte Wäschetrommel zum Trocknen der Luft in einer Waschküche realisiert werden.
The invention relates to a clothes dryer with a CO2 heat pump.
A heat pump usually has at least two heat exchangers, of which a first is associated with the evaporator and a second gas cooler. This also applies to CO2 heat pumps.
The heat exchangers are usually made of e.g. meandering tube which is arranged on a plate or the like, wherein in the tumble dryer the plate is designed as a heat exchange body for exchanging the heat with the process air.
It has the task of improving the efficiency of dryers with CO2 heat pumps.
This object is achieved by the tumble dryer according to claim 1.
Accordingly, at least one heat exchanger has a plurality of heat exchange bodies and at least one tube for the medium. The heat exchange bodies are thermally at least partially separated from each other, such that the heat conduction within each heat exchange body is greater than the heat conduction between different heat exchange bodies. Different sections of the tube are in contact with different heat exchange bodies. This construction ensures that each heat exchange body is associated with only one temperature range of the pipe, that is, it prevents the heat exchange bodies from forming thermal bridges between pipe sections of widely varying temperature. This allows a high temperature difference to be maintained across the pipe.
This makes it possible to achieve a higher temperature on the hot side of the circuit or a lower temperature on the cold side, which can increase the efficiency of the device.
The heat exchange body preferably has a plate shape in view of a compact design, but it can also be designed as a tube, profile element or the like. They can also be perforated or grid-shaped.
Further preferred embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and from the following description with reference to the figures. Showing:
<Tb> FIG. 1 <sep> a section through a clothes dryer,
<Tb> FIG. 2 <sep> the circulation of a heat pump and the process air,
<Tb> FIG. 3 <sep> a first embodiment of a heat exchanger,
<Tb> FIG. 4 <sep> a second embodiment of a heat exchanger and
<Tb> FIG. 5 <sep> a third embodiment of a heat exchanger.
In the tumble dryer shown in Fig. 1 is a "tumbler" with closed process air cycle. It has a rotatable drum 1 for receiving the laundry to be dried, through the back 2, the process air is blown.
At the front of the drum 1, a door 3 is provided, which provides the user access to the drum 1. The process air coming from the drum 1 passes through a lint filter 4 arranged in the door 3. It then exits radially outward from the door 3 and flows through a secondary sieve 6 arranged in the door frame 5.
From the secondary screen 6, the air passes through a cooling unit 8 with a heat exchanger 15 and the evaporator 16 of a heat pump. The cooling unit 8 cools the process air and at the same time withdraws water from it. The water is collected in a sump 9. Then, the process air passes through a fan 11 and a heating unit 12, whereupon it enters the drum 1 again.
The cooling unit 8 comprises, as mentioned, on the one hand, a heat exchanger 15 and on the other hand, the evaporator 16 of the heat pump. The heat exchanger 15 is an air-to-air heat exchanger. It serves to extract heat from the process air depending on at least one operating parameter of the tumble dryer and to deliver it to the environment. The operating parameter is primarily the temperature of the process air in question, as well as a user selected drying program.
The heating unit 12 draws its heat from the gas cooler 17 of the heat pump.
Fig. 2 shows the cycle of this heat pump 18 and the process air 19, wherein that of the process air is shown in dashed lines.
As can be seen, the heat pump comprises a CO2 pump 20, which pumps the CO2 in a known manner in the gas cooler 17, where it is cooled. The CO2 then passes through an expansion valve 21, whereby its pressure is reduced and it evaporates in the evaporator 16.
In the example according to FIG. 1, the evaporator 16 and the gas cooler 17 each comprise two heat exchangers arranged parallel to one another, each consisting of a heat exchange element with a meandering channel for the CO 2 arranged thereon. Depending on space, however, more than two heat exchangers or only a single heat exchanger for the evaporator 16 and / or the gas cooler 17 may be provided.
A possible embodiment of a heat exchanger for the gas cooler 17 is shown in Fig. 3. It has a plurality of metal heat exchange bodies 22, each of which is e.g. Have plate shape and are arranged in a common plane. A meandering arranged on the heat exchanger bodies 22 tube 23 forms the channel for the CO2. The tube 23 is connected to each of the heat exchange bodies 22 so that the best possible heat transfer is ensured, e.g. by welding.
The edges of adjacent heat exchange body 22 are arranged parallel to each other and each thermally separated by a gap 24 from each other. For connection of adjacent heat exchange bodies 22, e.g. Webs 25 may be provided of plastic, so that the heat exchange body 22 form an easy-to-use mechanical unit and are still thermally separated from each other.
The tube 23 crosses each gap 24 exactly once.
As already partially mentioned, is achieved by this construction that pipe sections of different temperature with different heat exchangers in contact, which makes it possible to achieve a greater temperature drop across the entire heat exchanger.
A preferred embodiment of a heat exchanger for the evaporator 16 is shown in Fig. 4dargestellt. Also, this heat exchanger has a plurality of plate-shaped heat exchange body 22a, 22b, which, however, have different sizes. While the heat exchange body 22a is e.g. is about half or more of the surface of the heat exchanger and is correspondingly in communication with a long portion of the tube 23, the heat exchange body 22 b are substantially smaller and communicate with correspondingly shorter portions of the tube 23 in connection.
The entering into the evaporator CO2 first passes into that pipe section, which is in communication with the larger heat exchange body 22a. Thereafter, it passes into those portions of the tube 23 which communicate with the smaller heat exchange bodies 22b, respectively.
The parts are dimensioned so that in operation under typical conditions, all CO2 in the region of the first heat exchange body 22a is evaporated. Since the temperature of the CO2 only increases when all the CO2 has evaporated, the tube 23 therefore has a constant temperature over the entire first heat exchange body 22a, so that a splitting of the heat exchange body 22a in this section is not meaningful.
As soon as the CO2 has substantially completely evaporated, it comes into contact with one of the smaller heat exchange bodies 22b. From now on, the temperature of the CO2 rises relatively rapidly, and the gaps 24 prevent thermal bridges between areas of high temperature difference.
4 further illustrates that the webs 25 can also be integrally integrated into the heat exchange bodies 22a, 22b, for example by punching out the gaps 24 from a sheet, which subsequently forms the heat exchange bodies 22a, 22b and the webs 25.
Fig. 5 shows another embodiment of a heat exchanger, which is particularly suitable as a gas cooler. However, the technology shown here can also be used in the evaporator, alternatively or cumulatively to the measures according to FIG. 4.
As shown in Fig. 5, changes in this embodiment, the loop density of the meandering tube 23 over the length of the heat exchanger. In the region of the first four heat exchange bodies 22, which are associated with the hottest sections of the tube 23, it is low, and in the last two heat exchange body 22, which are associated with the coldest sections of the tube 23, it is higher. It is thereby achieved that the portion of the tube 23 assigned to a hot heat exchange body 22 has a smaller volume than that of one of the colder heat exchange bodies 22. In the present embodiment, since the diameter of the pipe 23 is constant, it can also be said that the pipe section associated with a hot heat exchange body 22 is shorter than that associated with a colder heat exchange body 22.
This takes into account the fact that the temperature of the process air over the length of the heat exchanger increases less than that of the temperature of the CO2 decreases, ie, at the hot (in Fig. 5oberen) end of the heat exchanger, there is a higher temperature difference between process air and CO2 as the colder end. Thus, the CO2 loses more heat per tube length at the beginning than towards the end, which is compensated by the denser arrangement of the tubes or the larger tube volume at the colder end.
Fig. 5 shows only one of the possible configurations of a variable loop density. In particular, the number of heat exchange bodies 22 and the exact nature of the increase in the loop density can be adapted to the respective requirements.
In the figures, the application of the present invention is described in a tumble dryer with integrated laundry drum. However, the invention can also be realized in the form of a dryer designed as a room dryer without integrated laundry drum for drying the air in a laundry room.