CN101835933A - 包含传热流体的家用电器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种家用电器(1)，所述家用电器包括干燥室(2)，所述干燥室用于干燥位于其中的湿物品(3)；处理空气回路(4)，所述处理空气回路用于循环处理空气以使得所述物品(3)干燥；以及热泵(8、9、10、11、12)，其中所述热泵包括传热回路(8)，其中所述传热回路包含将被循环经过所述传热回路(8)的传热流体；蒸发换热器(9)，其中所述蒸发换热器用于通过使得所述传热流体蒸发而将热量从所述处理空气传递到所述传热流体内；液化换热器(10)，其中所述液化换热器通过使得所述传热流体液化而将热量从所述传热流体传递至所述处理空气；压缩机(11)，其中所述压缩机用于压缩所述传热流体并驱动所述传热流体经过所述传热回路(8)；以及喷嘴(12)，其中所述喷嘴用于使得所述传热流体减压。此外，所述传热流体具有高于60℃的临界温度、至少220kJ/kg的沸点时的标称蒸发热、低于150的GWP指数以及至少0.1kg/m3的低可燃性级别。

Description

包含传热流体的家用电器
技术领域
本发明涉及家用电器，所述家用电器包括用于干燥其中的湿物品的干燥室；用于循环处理空气以便干燥所述物品的处理空气回路以及热泵，其中所述热泵包含传热回路，其含有将要循环经过所述传热回路的传热流体；蒸发换热器，其用于通过使得所述传热流体蒸发而将热量从处理空气传递到传热流体中；液化换热器，其通过使得所述传热流体液化而将热量从所述传热流体传递至处理空气；压缩机，其用于压缩所述传热流体并驱动所述传热流体经过所述传热回路；以及喷嘴，其用于使得所述传热流体减压。
背景技术
这种类型的家用电器由专利公开文献EP 0 467 188 B1可知。该专利公开文献包含家用电器的详细说明，其中该家用电器被构造为用于干燥为湿衣物的物品的干衣机。该专利公开文献提到了制造或使用该电器的必须或有利的家用电器的许多细节。因此，该专利公开文献全文结合在此引作参考。
由专利公开文献WO 2006/029953A1可知家用电器的相关现有技术，其中该专利公开文献提到了洗碗机，与干衣机或组合式洗衣机和干衣机有关，专利公开文献EP 197 38 735 C2公开了具有不同类型的热泵的家用电器，专利公开文献EP 1 672 294 A2和EP 1 672 295 A2这两者公开了具有冷却回路的空调装置，其在某些方面类似于在此所考虑的热泵，这些专利公开文献全文结合在此引作参考。
家用电器内的湿物品的干燥通常需要将物品上的水分蒸发并借助于加热的处理空气的流而将水分输送走。这种富含蒸发的水分的处理空气可以从电器排出，或者经受冷凝过程以将所输送的水分恢复成液体的形式以便收集和处理。这种冷凝过程反过来需要冷却处理空气，因而吸收热量。该热量可以简单地从电器再次排出；然而，为了保持能耗较低，期望的是至少一定程度地回收热量。为此目的，已经开发出结合有热泵的家用电器，其中所述热泵通过以下措施回收从处理空气提取的能量，即蒸发传热流体、随后压缩该传热流体并且将热量从所述传热流体释放回到在基本上粉封闭的回路中循环的处理空气内。尽管有利的是或甚至必须的是像专利公开文献EP 0 467 188B1所描述的那样至少有时地打开该处理空气回路，但是有关的IEC标准要求所要求保护的通过冷凝回收水分的干衣机保持漏水率低于所出现的总水分的20％。包括热泵的这种家用电器仍将面临的问题是很高的制造成本、干燥方便装载衣物等所需的相对较长的时间段、以及来自在这种电器中所应用的传热流体的可能出现的环境灾害。为了避免主要与这种化合物的臭氧破坏特性有关的灾害，在过去已经频繁使用的氯化烃由于相关的法规目前被禁止使用。已经出现对于包含传热流体的热泵***设计重要的两个其它关注点是这种化合物的全球变暖可能性，即它们的在大气中散布时的红外反向散射以及当然还有它们的易燃性。
仅仅如果处理空气被加热超过任何正常环境温度、优选加热至高于60℃的温度，则通过处理空气从待干燥的物品提取水分才是有效的。该温度将通过蒸发过程被降低至稍微较低的温度。无论如何，蒸发换热器的入口处的大约或高于35℃的温度将能使得背景技术中所述类型的以及根据现有制冷技术领域实际构造的热泵产生问题，这是因为来自常规制冷应用的压缩机和制冷剂流体(大体上在此称为“传热流体”)并不适于此目的。已经考虑到通过恢复至明显高临界温度的制冷剂而获得缓解，从而在最大60℃的工作温度实现它们的功能，但是没有彻底的分析和指导可用。已经用于获得缓解的其它措施使得过多的热量从电器排出，这通过将热处理空气呼出以便与冷空气交换并包括附加的换热器以从传热流体提取过多热量而实现的。然而，所有这些措施导致了进一步的复杂性以及成本。
已知的烷烃R290或丙烷具有使其高度适于此所考虑应用的适当的物理特性，并且注意到丙烷已经在商业使用的制冷***中使用。特别地，丙烷具有为3的全球变暖潜能指数(此后简称“GWP指数”)，其明显低于传统的传热流体R134a的1300的GWP指数。当然，高易燃性的丙烷的应用将需要专门的保护***防止火灾。大体已知的制冷剂化合物的GWP指数的细节在以下手册中列出，即“Solkane-ProductManual Refrigeration and Air-Conditioning Technology”by H.Buchwald，J.Hellmann，H.
Figure GPA00001113492200031
and C.Meurer，2nd ed.08/2000。以低可燃性级别指数表示的制冷剂的可燃性的量化规定，参见欧洲标准文献IEC60335-2-40，″Household and Similar Electrical Appliances-Safety-particular Requirements for Electrical heat Pumps，Air-Conditioners andDehumidifiers″，Edition 4.2 2005-07，Annex BB-Table BB.1。制冷剂或传热流体的相关的信息在美国标准ASHRAE 34中可以发现，其包括这些化合物的专门名称以及这种化合物的安全性和毒性的归类。
同样，二氧化碳或R744正被考虑用在热泵***中。尽管二氧化碳是不可燃的并且具有低至1的GWP指数，但是二氧化碳具有非常低的临界温度，其不允许所述二氧化碳在根据传统技术构造的家用电器内的热泵中使用。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种如背景技术中所述的家用电器，该家用电器包括热泵，所述热泵能够避免以上指出的问题并以合适的代价实现物品的更快速的干燥。
本发明提供了一种如独立权利要求所述的在家用电器中实施的技术方案。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。
根据本发明，提出了一种家用电器，其中所述家用电器包括用于干燥位于其内的湿物品的干燥室、用于循环处理空气以干燥物品的处理空气回路、以及热泵，其中所述热泵包括传热回路，其包含将要被循环经过所述传热回路的传热流体；蒸发换热器，其通过使得所述传热流体蒸发而将热量从处理空气传递到所述传热流体中；液化换热器，其通过使得所述传热流体液化而将热量从所述传热流体传递到所述处理空气中；压缩机，其用于压缩所述传热流体并驱动所述传热流体经过所述传热回路；以及喷嘴，其用于使得所述传热流体减压，其中所述传热流体具有高于60℃的临界温度、至少220kJ/kg的沸点时的标称蒸发热、小于150的GWP指数以及至少0.1kg/m3的低可燃性级别(低可燃值)。
根据本发明，已经发现这样一种传热流体可以被使用，其将作为在家用电器内干燥处理高效基础的高临界温度和明显高的容积热容量与满足相关通常需求的与应用有关的环境特性结合。特别地，传热流体的应用导致了尽管是可燃的但是与由丙烷所提供的灾害潜能相比，灾害潜能减小了至少3的因数。此外，根据本发明所选择的传热流体的GWP指数与诸如R134a、R407C和R410A的传统传热流体的GWP指数相比减小了大约10的因数。实际上，传热流体的沸点时的明显高的标称蒸发热(在标准压力、即1巴或101.3kPa被确定)确保了热量能够高效地从处理空气被吸收。由传热流体所实现的热量高效吸收也整体上促进了干燥过程的加速，从而减轻了在具有热泵的现有技术电器中所出现的干燥过程长时间持续的问题。
在本发明的优选实施例中，家用电器的干燥室是旋转滚筒。更加优选地，家用电器被构造为用于干燥湿衣物的干衣机。
在本发明的另一实施例中，压缩机是旋转压缩机。在这种旋转压缩机中，正被压缩的传热流体被保持在稳定流的状态中，在主要程度上没有出现涡流和其它不连续状态。更重要地，避免了过多的热量在传热流体压缩之前输入到传热流体中，这导致了压缩过程的特性峰值的整体改进。另外，容许压缩的传热流体的减小的温度导致了传热回路中的较大的质量流，造成了传热能力的进一步提高，或者允许使用稍微较小的压缩机。一方面，这种改进的压缩机比包括具有往复活塞的机器的传统压缩机稍微成本更大。另一方面，这种改进的压缩机将传热流体的任何附加加热保持得明显更低，因而减少了热泵内的过多温度。
在本发明的另一优选实施例中，传热流体具有高于105℃的临界温度。
在本发明的另一优选实施例中，传热流体具有位于230kJ/kg与440kJ/kg之间的沸点时的标称蒸发热。
在本发明的另一优选实施例中，所述传热流体具有100与150之间的GWP指数。
在本发明的另一优选实施例中，所述传热流体具有至少0.12kg/m3的低可燃性级别。
在本发明的另一实施例中，传热流体包括至少一个氟化烃化合物。更加优选地，这种传热流体是按照ASHRAE 34或DIN 8960标准提出的制冷剂R152a。
在本发明的另一优选实施例中，热泵具有500W与3500W之间的标称冷却功率，因而满足了为用于干燥湿衣物的家用电器中的应用所建立的要求。更加优选地并且考虑到刚才所提出的应用，热泵具有1500W与3000W之间的标称冷却功率。
在本发明的进一步优选实施例中，蒸发换热器具有至少35℃的标称处理空气入口温度，因而允许本发明应用在明显高级别温度的家用电器中，而该温度级别高于制冷或空调***中通常的级别。
在本发明的另一优选实施例中，液化换热器具有低于70℃的标称处理空气出口温度；因而，明确的是，本发明将特别高程度的温度控制结合到热泵中，以缓和制冷电器内对于附加温度控制的任何要求，否则在这种情况中，热泵必须以明显高的温度级别来操作，明显无需求助于附加的换热器或者无需处理过多热量的其它器具。
附图说明
现在参照附图说明本发明的示意性优选实施例，其中：
图1示出了被构造为用于干燥衣物的干衣机的家用电器；并且
图2示出了压缩机结构。
具体实施方式
附图必须被理解为是示意图，其示出了仅仅对于随后说明所需的细节。对于如何将本发明实际应用的进一步细节以及含义，参照在此所引的现有技术文献以及本领域技术人员的相关知识。
图1示出了设置为用于干燥湿衣物3的干衣机1的家用电器1。应该理解的是，这种干衣机1可以是仅仅用于进行干燥的电器，或者说是用于清洗和干燥这两者的电器。
干衣机1包括干燥室2，其被设置为用于保持湿衣物3的可旋转的滚筒2，其中所述湿衣物将通过在一封闭的处理空气回路4中循环的处理空气的流被干燥。处理空气通过鼓风机5沿顺时针方向被驱动经过所述处理空气回路4。应该清楚的是，鼓风机5紧邻滚筒2的安置仅仅是示意性的。在横贯滚筒2之后，已经从正由于滚筒2的旋转而被翻转的衣物3提取水分的处理空气穿过棉绒过滤器(lint filter)6，从而捕获从衣物3释放的棉绒并且防止处理空气回路4中的其它成分阻塞。通过在已经穿过棉绒过滤器6之后使得处理空气冷却，处理空气内所包含的水分被冷凝。由此所获得的冷凝物从处理空气分离并且在冷凝物收集器7内收集，以便在干燥过程已经完成之后进行处理。在冷却以及冷凝物的去除之后，处理空气被再次加热并且通过鼓风机5被输送回到滚筒2，从而提取更多的水分并且因而使得衣物3干燥。
处理空气回路4内循环的处理空气的依次的冷却和加热借助于热泵8、9、19、11、12实现，其中所述热泵8、9、19、11、12包括传热回路8，其包含传热流体或制冷剂、即氟化烃化合物R152a。传热流体被循环经过蒸发换热器9以及液化换热器10。在蒸发换热器9内，传热流体从携带在滚筒2内提取的水分的处理空气中吸收热量。处理空气的最终冷却导致了水分冷凝从而被分离并被传输至冷凝物收集器7，以便随后处理。此点的细节在本技术领域中是已知的并且因此在图1中并未详细说明。
传热流体R152a将作为针对家用电器内的干燥过程的高效基础的113.26℃的高临界温度和329.5kJ/kg的显著高的容积热容量与满足相关基本要求的与应用有关的环境特性、即仅仅140的GWP指数和0.13kg/m3的低可燃性级别相结合。传热流体的应用与由丙烷所导致的灾害潜能相比将灾难潜能减小至少为3的因数。在实际中，这意味着与丙烷的泄漏相比需要非常大的R152a的泄漏，以通过产生能够由疏忽的火星点燃的传热流体与空气的混合物造成真正的火灾。此外，R152a的GWP指数(指标数)与诸如R134a、R407C和R411A的传统的传热流体的GWP指数相比减小了大约10的因数。实际上，R152a的在沸点时的明显很高的标称蒸发热(在标准压力、即1巴或101.3kPa被确定)确保了热量能够高效地从处理空气被吸收。通过传热流体实现的热量的高效吸收还整体上促使了干燥过程的加速。
以液相到达蒸发换热器9的传热流体的最终的加热导致了传热流体蒸发。传热流体以气相离开蒸发换热器9经过传热回路8的相应的一部分，并达到压缩机11，其中所述压缩机11为旋转压缩机11。这种旋转压缩机11可以是基本商业产品并且在图2中某种程度上示出了细节，如下所述。在压缩机11中，传热流体被压缩并向前输送至液化换热器10，在那里所述传热流体将热量传递至来自蒸发换热器9的处理空气，并再次冷凝至液态。随后，传热流体经过一喷嘴12，在那里，所述传热流体被减压至较低的压力值，再次进入蒸发换热器9，以便从来自棉绒过滤器6的处理空气吸收更多的热量并完成传热流体的循环。在已经在液化换热器10内吸收热量之后，处理空气被向回传输至滚筒2，以从衣物3吸收更多的水分，从而完成所述处理空气的循环。
此前已经指出了传热流体或处理空气的优选温度范围，并且这一点不再重复。
在图2中示出了包括旋转压缩机11的结构的细节。因此，压缩机11本身通过电机13被驱动。压缩机11和电机13的部件在壳体14内容纳，并且传热回路8从入口15横贯至出口16。壳体14还包含用于冷却电机13和压缩机11的内部冷却装置17。根据针对旋转压缩机11的传统的实践，该冷却装置17输送有从压缩机11排出的传热流体。与传统的往复式压缩机相反，传热流体在经由入口15进入之后在进入压缩机11之前并不溢满整个壳体14，从而为电机13以及压缩机11的机械部件提供冷却。这种类型的冷却尽管大体上相当高效但是使得传热流体在压缩之前加热并因而影响了压缩过程的效率。因此，目前采取措施通过压缩之后的传热流体来冷却电机13和压缩机11，这本身引入了限制但是实现了高效的压缩过程，反过来改进了传热过程。
无论如何，包括在此所公开的热泵的家用电器设有特定选择的热泵的功能性部件，其中该热泵实现了一方面应用于干燥目的和相关操作的热量产生和传递与另一方面与功能安全和环境有关的考虑的得当的平衡，从而在制造和操作中以恰当限制的费用实现了平滑和高效的操作。
附图标记列表
1    家用电器，干衣机
2    干燥室，滚筒
3    湿物品，衣物
4    处理空气回路
5    鼓风机
6    棉绒过滤器
7    冷凝物收集器
8    传热回路
9    蒸发换热器
10   液化换热器
11   压缩机
12   喷嘴
13   驱动电机
14   压缩机壳体
15   压缩机入口
16   压缩机出口
17   内部冷却装置

Claims (14)

1.一种家用电器(1)，所述家用电器包括干燥室(2)，所述干燥室用于干燥位于其中的湿物品(3)；处理空气回路(4)，所述处理空气回路用于循环处理空气以使得所述物品(3)干燥；以及热泵(8、9、10、11、12)，其中所述热泵包括传热回路(8)，其中所述传热回路包含将被循环经过所述传热回路(8)的传热流体；蒸发换热器(9)，其中所述蒸发换热器用于通过使得所述传热流体蒸发而将热量从所述处理空气传递到所述传热流体内；液化换热器(10)，其中所述液化换热器通过使得所述传热流体液化而将热量从所述传热流体传递至所述处理空气；压缩机(11)，其中所述压缩机用于压缩所述传热流体并驱动所述传热流体经过所述传热回路(8)；以及喷嘴(12)，其中所述喷嘴用于使得所述传热流体减压，其特征在于，所述传热流体具有高于60℃的临界温度、至少220kJ/kg的沸点时的标称蒸发热、低于150的GWP指数以及至少0.1kg/m3的低可燃性级别。
2.根据权利要求1所述的家用电器(1)，其特征在于，所述干燥室(2)是旋转滚筒(2)。
3.根据权利要求2所述的家用电器(1)，其特征在于，所述家用电器被构造为用于干燥湿衣物(3)的干衣机(1)。
4.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述压缩机(11)是旋转压缩机(11)。
5.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述传热流体具有高于105℃的临界温度。
6.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述传热流体的沸点时的标称蒸发热是在230kJ/kg与440kJ/kg之间。
7.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述传热流体的GWP指数是在100与150之间。
8.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述传热流体具有至少0.12kg/m3的低可燃性级别。
9.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述换热流体包括氟化烃化合物。
10.根据权利要求7所述的家用电器(1)，其特征在于，所述传热流体是制冷剂R152a。
11.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述热泵(8、9、10、11、12)的标称冷却功率是在500W与3500W之间。
12.根据权利要求11所述的家用电器(1)，其特征在于，所述热泵(8、9、10、11、12)的标称冷却功率是在1500W与3000W之间。
13.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述蒸发换热器(9)具有至少35℃的标称处理空气入口温度。
14.根据前述权利要求任一所述的家用电器(1)，其特征在于，所述液化换热器(10)具有小于70℃的标称处理空气出口温度。
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