DE102005014842B4

DE102005014842B4 - Temperatur- und Druckausgleich von Wärmetauschern in Wäschetrocknern und ähnlicen Wärmepumpensystemen

Info

Publication number: DE102005014842B4
Application number: DE102005014842A
Authority: DE
Inventors: Rolf Sdrojewski
Original assignee: LARE LUFT und KAELTETECHNIK APP und REGELSYSTEME GmbH; Lare Luft- und Kaltetechnik Apparate und Regelsysteme GmbH
Current assignee: LARE LUFT und KAELTETECHNIK APP und REGELSYSTEME GmbH; Lare Luft- und Kaltetechnik Apparate und Regelsysteme GmbH
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: DE102005014842B8; DE102005014842A1

Abstract

In im Umluftbetrieb arbeitenden Kondensationswäschetrocknern können Wärmepumpen den Wirkungsgrad steigern. Vor Anfahren der Wärmepumpe werden die beiden Wärmetauscher mit Wasser geflutet, um einen schnellen Temperatur- und Druckausgleich zu gewährleisten und beim Kaltstart schneller den optimalen Arbeitspunkt der Wärmepumpe zu erreichen. Die Erfindung beschreibt den im Zusammenhang notwendigen Apparat sowie das entsprechende Verfahren.

Description

Auf Grund des physikalischen Wirkprinzips einer Wärmepumpe im Kreislauf eines elektrisch betriebenen Kondenswäschetrockners reduziert sich vorteilhaft der Stromverbrauch eines Wäschetrockners um etwa 50%. Neben der Kosteneinsparung für Elektroenergie für den individuellen Anwender hat die Anwendung solcher Geräte auch gesamtökologische und volkswirtschaftliche Vorteile.
Es sind Wäschetrockner für den Betrieb in Privathaushalten bekannt. Weiter sind Wäschetrockner bekannt, welche im Umluftverfahren arbeiten und einen Wärmetauscher aufweisen, welcher nach dem Prinzip der Kondensation der Luft Feuchte entzieht. Vorteilhaft haben Wäschetrockner mit Zu- und Abluft einen geringeren Energiebedarf als Kondensationswäschetrockner. Um den Wirkungsgrad von Kondensationswäschetrocknern maßgeblich zu erhöhen, sind solche bekannt, welche mit einer Wärmepumpe arbeiten. Damit wird der Wirkungsgrad des Wäschetrockners noch einmal verbessert. Folgenden Druckschriften ist der Stand der Technik zu entnehmen:
DE 100 02 743 A1
DE 37 38 031 C2
DE 296 19 342 U1
EP 04 68 573 A1
Das grundsätzliche Verfahren, den Wirkungsgrad eines Wäschetrockners mit Hilfe einer Wärmepumpe zu erhöhen, ist Stand der Technik.
Nachteilig beim wärmepumpebetriebenen Wäschetrockner sind folgende Punkte:

1. Der Neustart des Trockners nach Ablauf eines Trocknungsprogramms kann erst nach mehrminütiger Wartezeit erfolgen, weil sich im Wärmepumpensystem zunächst ein Druckausgleich und dann das Abfallen des Gesamtsystemdrucks einstellen muss. Zu frühes Einschalten (wenn überhaupt möglich) kann Komponenten der Wärmepumpe schädigen.
2. Bei einem kurzzeitigen Stromausfall während des Trocknungsvorgangs schaltet der Kompressor der Wärmepumpe ab, um unmittelbar danach wieder einen Startversuch zu machen. Weil er bei vorhergehendem, längeren Betrieb (z. B. 45 Minuten) nicht gegen den hohen Anlagensystemdruck anlaufen kann, schaltet er sich über ein internes Sicherheitsorgan für mehrere Minuten ab. Dieses Verhalten verzögert den Trocknungsvorgang nicht unerheblich, wobei der Versuch des Anlaufens gegen zu hohen Anlagensystemdruck die Lebensdauer des Kompressors verkürzt.

Erfindungsgemäß wird eine vorteilhafte und neue Betriebsmethode vorgeschlagen, welche den Vorteil des elektrischen Wirkungsgrades ausschöpft und die vorbeschriebenen Nachteile umgeht, indem die Druckverhältnisse im Wärmepumpensystem schneller als heute üblich in den idealen Anfahrzustand gebracht werden.
Die Erfindung schlägt vor, dass vor dem Start des Kompressors die beiden im System vorhandenen Wärmetauscher (Verdampfer und Verflüssiger) mit Wasser geflutet werden.
Wasser hat eine höhere thermische Kapazität als Luft und eine viel höhere Wärmeleitfähigkeit.
Den prinzipiellen Zusammenhang beschreibt 1.
Dabei ist:

2 = Verdampfer (kalter Teil der Wärmepumpe)
3 = Verflüssiger (warmer Teil der Wärmepumpe)
11 = Verteilvorrichtung für Wasser

Das Funktionsprinzip (vgl. 2) einer Wärmepumpe im Wäschetrockner ist wie folgt:
Der Kompressor (1) saugt gasförmiges Kältemittel aus dem Verdampfer (2) an und drückt selbiges über eine Rohrleitung in den Verflüssiger (3). Hier kann das unter hohem Druck stehende Kältemittel Wärme an den Luftkreislauf abgeben. An der Austrittsseite des Verflüssigers (3) befindet sich ein Expansionsorgan (4), welches flüssiges Kältemittel in den Verdampfer (2) fördert. Im Verdampfer (2) siedet das flüssige Kältemittel bei niedrigem Druck, wodurch die Oberfläche des Verdampfers (2) abkühlt. Das am Ende dampfförmige Kältemittel wird durch den Kompressor (1) angesaugt und wieder in den Kreislauf gebracht.
Zur Funktion in einem Wäschetrockner wird der Verflüssiger (3) in Luftrichtung hinter den Verdampfer (2) geschaltet. Auf diese Weise kann der Lüfter (5) warme Luft ansaugen und über den Trommeleinblaskanal (6) in die mit feuchter Wäsche beladene Wäschetrommel (7) einblasen. Beim Kontakt mit der feuchten Wäsche nimmt die warme Luft Wasser auf.
Über den Trommelausblaskanal (8) gelangt die jetzt feuchtwarme Luft auf den kälteren Verdampfer (2). Hier unterschreitet sie den Taupunkt, wobei Wasser ausfällt. Das ausgefällte Wasser wird in einer Auffangvorrichtung (9) gesammelt. Die abgekühlte und entfeuchtete Luft gelangt nach dem Verdampfer (2) zum Verflüssiger (3), wo sie aufgeheizt wird.
Während des Betriebs entsteht zwischen Verflüssiger (3) und Verdampfer (2) ein hoher Druckunterschied, der sich nach Abschalten des Kompressors (1) nur langsam angleicht. Nach einem kurzzeitigen Stromausfall oder einem schnell aufeinander folgenden Ab- und Einschaltvorgang des Trockners kann der Kompressor (1) der Wärmepumpe nicht gegen den hohen Betriebsdruck des Systems anlaufen. Er schaltet sich über sein internes Sicherheitsorgan (Schutz gegen Überlast) ab, um dann erst etliche Minuten später wieder seinen Betrieb aufzunehmen. Der Kompressor (1) kann hierbei Schaden nehmen. Der Trocknungsvorgang wird verlängert. Vorteilhaft vermeidet die Lehre dieser Erfindung diese Nachteile.
Erfindungsgemäß werden im Falle eines kurzzeitigen Netzausfalls oder der Abschaltung des Trockners oder generell vor dem Start der Wärmepumpe Verdampfer (2) und Verflüssiger (3) über eine entsprechende Ablaufvorrichtung mit Wasser geflutet. Dies hat die Folge, dass der Druckausgleich zwischen Verdampfer- und Verflüssigerseite stark beschleunigt wird, weil die hohe thermische Kapazität des Wassers einen schnellen Temperaturausgleich der beiden Wärmetauscher bewirkt. Der Kompressor (1) kann unbeschadet sofort wieder gestartet werden. Der Ablauf folgt prinzipiell der 3:
Dabei ist:

1 = Der Betrieb
2 = Die Unterbrechung durch Stromausfall
3 = Die Flutung der Wärmetauscher
4 = Der Weiterbetrieb

Wenn unmittelbar nach Ende eines Trocknungsvorgangs ein weiterer Trocknungsvorgang gestartet werden soll, sind die Anlagendrücke des Wärmepumpensystems noch hoch und dabei weder vom Druck her ausgeglichen noch abgekühlt. Das problemlose Anlaufen des Kompressors (1) wird behindert und der Versuch des Anlaufs gegen die hohen Anlagendrücke wirkt sich nachteilig auf die Lebensdauer des Kompressors (1) und der Anlagenkomponenten aus.
Aus diesem Grund schlägt die Erfindung einen Ablauf wie in 4 und 5 vor.
Dabei ist nach 4:

1 = Der Kompressor
12 = Druckleitung des Kompressors
13 = Saugleitung des Kompressors
3 = Verflüssiger
2 = Verdampfer
9 = Sammelvorrichtung für Wasser
14 = Pumpe
15 = Wasserführende Leitung
16 = Kondenswassersammelbehälter
10 = Organ zum Öffnen und Absperren des Wasserablaufs
11 = Verteilervorrichtung für Wasser

Der zeitliche Ablauf ist in 5 dargestellt.
Dabei ist:

1 = Der Betrieb
2 = Abschaltpunkt der Wärmepumpe
3 = Fluten der Wärmetauscher
4 = Ende-Stellung des Trockners

Es liegt im Trocknungsverfahren begründet, dass überwiegend feiner Textilstaub beim Trocknungsprozess entsteht und sich an diversen Oberflächen anlagert. Beim Fluten zum erfindungsgemäßen Zweck des Temperatur- und damit Druckausgleichs gelangt anhaftender Staub nachteilig in den Kondenswassersammelbehälter (16). Erfindungsgemäß wird daher ein Filter (17) vorgeschlagen, welcher sich nach 4 vor oder nach der Kondenswasserpumpe (14) befindet und zu Servicezwecken leicht entnommen und gereinigt werden kann. Der Aufbau ist in 6 beschrieben.
Dabei ist:

1 = Der Kompressor
12 = Druckleitung des Kompressors
13 = Saugleitung des Kompressors
3 = Verflüssiger
2 = Verdampfer
9 = Sammelvorrichtung für Wasser
14 = Pumpe
15 = Wasserführende Leitung
16 = Kondenswassersammelbehälter
10 = Organ zum Öffnen und Absperren des Wasserablaufs
11 = Verteilervorrichtung für Wasser
17 = Filter

Weil nach Zwischenstopp oder nach Programmende des Trocknungsvorgangs der Neustart im Belieben des Nutzers ist und gelegentlich unmittelbar bevorstehend sein könnte, wird nach Ende jedes Trocknungsvorgangs obligatorisch ein Temperatur- und Druckausgleich wie vorstehend durchgeführt. Der zeitliche Ablauf entspricht dem von 5.
Um den Wirkungsgrad der Wärmepumpe im Anfahrfall (Kalt-Start) zu verbessern, wird ein zeitlicher Ablauf nach 7 erfindungsgemäß vorgeschlagen. Um die thermische Energie aus dem im Kondenswassersammelbehälter (16) befindlichen Wasser der anlaufenden Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen, weil Wasser eine höhere thermische Enthalpie als Luft hat. Um dies auch für den ersten Trocknungsvorgang sicher zu stellen ist es notwendig, den dafür vorgesehenen Kondenswassersammelbehälter (16) vor Inbetriebnahme mit einer bestimmten Wassermenge zu füllen, welche ausreicht, um die beiden Wärmetauscher zu fluten.
Der zeitliche Ablauf ist in 7 dargestellt.
Dabei ist:

1 = Start des Trockners
2 = Fluten
3 = Betriebsablauf des Trocknungsvorgangs

Die vorstehend beschriebene Erfindung kann in zahlreichen Varianten eingesetzt werden. Allen Varianten ist gemeinsam, dass Wasser auf Grund seiner gegenüber Luft höheren Enthalpie die Effektivität der Anlage erhöht und damit die Lebensdauer der anlagentechnischen Komponenten verlängert.

Claims

Apparat, vorzugsweise für die Trocknung von Wäsche, bei dem die Entfeuchtung der im Umluftbetrieb geförderten Luft durch Kondensation an einem Kühler erfolgt, welcher Teil einer Wärmepumpe ist, mit mindestens den Komponenten – Trommelmotor, – Lüfter (5), – Kompressor (1), – Verdampfer (2), – Verflüssiger (3), – elektrische Steuerung, – Auffangvorrichtung für Kondenswasser (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Apparat eine elektrische Steuerung mit einem Programm zur Ansteuerung einer Pumpe (14) und/oder eines Organs (10) zum Öffnen und Verschließen einer wasserführenden Leitung aufweist, und dass nach Maßgabe des Programms mittels der Pumpe (14) und/oder des Organs (10) das sich im Kondenswassersammelbehälter (16) befindliche Wasser über die Wärmetauscher Verdampfer (2) und Verflüssiger (3) oder Teilbereiche derselben zum Zwecke des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem strömbar ist.
Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Förderkreislauf der Pumpe (14) ein austauschbarer oder reinigbarer Filter (17) befindet.
Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, wenn ein vorübergehender Spannungsausfall ein Neuanfahren der Wärmepumpe erforderlich macht.
Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, wenn der Trocknungsprozess beendet ist.
Verfahren unter Verwendung eines Apparates nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang des Überströmens der Wärmetauscher (2, 3) oder Teilbereiche derselben zum Zweck des Temperatur- und Druckausgleichs im Wärmepumpensystem dann ausgelöst wird, bevor der Trocknungsprozess beginnt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Abläufe für das Trocknen, das Fluten und die Pausenzeiten über Programmabläufe gesteuert werden, die programmtechnisch festgelegt sind.