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Die
Erfindung betrifft ein Hausgerät zum Trocknen von Gegenständen,
umfassend eine Behandlungskammer zum Aufnehmen der Gegenstände
sowie einen Prozessluftkanal, durch welchen ein Prozessluftstrom
durch die Behandlungskammer führbar ist, und welcher ein
Gebläse, einen Heizer zum Aufheizen des Prozessluftstroms
vor der Behandlungskammer, einen Luft-Luft-Wärmetauscher und
einen Wärmepumpenkreis aufweist, wobei der Wärmepumpenkreis
einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf umfasst, in welchem ein
Arbeitsmittel zirkulierbar ist und in welchem ein Verdampfer, ein Kompressor,
ein Verflüssiger und eine Drossel angeordnet sind, wobei
der Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels unter Abkühlen
des von der Behandlungskammer abgeströmten Prozessluftstroms und
der Verflüssiger zum Verflüssigen des Arbeitsmittels
unter Aufheizen des die Behandlungskammer anströmenden
Prozessluftstroms in den Prozessluftkanal integriert sind.
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Ein
solches Hausgerät geht hervor aus der
DE 42 16 106 A1 . Dort ist
ein Wäschetrockner beschrieben, in welchem ein Prozessluftstrom,
der die Gegenstände trocknet, in einem im wesentlichen
geschlossenen Kreislauf geführt wird, so dass der Wäschetrockner
als Kondensationstrockner ausgestaltet ist. In diesem geschlossenen
Kreislauf angeordnet sind ein üblicher elektrischer Heizer
und ein üblicher Luft-Luft-Wärmetauscher, sowie
zusätzlich ein Wärmepumpenkreis. Deshalb kann
dieser Wäschetrockner auch als „Hybridtrockner"
oder „Hybrider Kondensationstrockner" bezeichnet werden.
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Zum
Stand der Technik betreffend Hausgeräte zum Trocknen mit
Wärmepumpenkreisen sei weiter verwiesen auf die
EP 0 467 188 B1 und
die
WO 2006/029953
A1 ; erstgenannte Schrift betrifft die Anwendung eines Wärmepumpenkreises
in einem Wäschetrockner, zweitgenannte Schrift eine solche
Anwendung in einem Geschirrspüler.
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Hingewiesen
wird auch auf die Dokumente
EP
1 672 294 A2 und
EP
1 672 294 A2 , welche Klimaanlagen mit Wärmepumpenkreisen
betreffen. Ein solcher Wärmepumpenkreis ähnelt
insbesondere hinsichtlich der Temperaturen, die bei regulärem
Betrieb in ihm auftreten, einem Wärmepumpenkreis, wie er
eingangs als Komponente in einem Hausgerät zum Trocknen
von Gegenständen beschrieben ist.
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Aus
dem Dokument „Application of Danfoss hermetic compressors",
welches am 26. Juli 2007 von folgender Internet-Adresse
http://compressors.danfoss.com/service
support/service support index.htm herunterladbar war, geht
Information über Kompressoren, die in Wärmepumpenkreisen
des eingangs definierten Typs bzw. Kühl-, Gefrier- oder
Klimaanlagen einsetzbar sind, hervor. Demnach hat ein gegebener
Kompressor eine Kenngröße, welche sich auf den
Temperaturbereich oder Druckbereich, in welchem die Verdampfung
des Arbeitsmittels, welches der Kompressor im Rahmen seiner Anwendung
zu komprimieren hat, bezieht. Demnach lautet die Kenngröße
für einen Kompressor für eine Gefrieranlage mit
niedriger Verdampfungstemperatur „LBP" („low back
pressure"), für einen Kompressor für eine Kühlanlage „MBP"
(„medium back pressure") und für einen Kompressor
für eine Klimaanlage oder Wärmepumpe „HBP"
(„high back pressure").
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Bislang
ist eine erfolgreiche Vermarktung eines hybriden Hausgerätes
der eingangs definierten Gattung nicht gelungen, da ein solches
Hausgerät einen eher komplizierten Aufbau hat und gegenüber
einem einfacher, insbesondere ohne Wärmepumpenkreis oder
mit Wärmepumpenkreis, aber ohne Wärmetauscher
aufgebauten Gerät im Nachteil ist.
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Vorliegende
Erfindung geht deshalb unter anderem aus von der Aufgabe, ein gattungsgemäßes hybrides
Hausgerät so weiterzubilden, dass es trotz prinzipiell
erhöhten Aufwandes mit guter Erfolgsaussicht vermarktbar
ist.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Hausgerät
zum Trocknen von Gegenständen, umfassend eine Behandlungskammer
zum Aufnehmen der Gegenstände sowie einen Prozessluftkanal, durch
welchen ein Prozessluftstrom durch die Behandlungskammer führbar
ist, und welcher ein Gebläse, einen Heizer zum Aufheizen
des Prozessluftstroms vor der Behandlungskammer, einen Luft-Luft-Wärmetauscher
und einen Wärmepumpenkreis aufweist, wobei der Wärmepumpenkreis
einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf umfasst, in welchem ein
Arbeitsmittel zirkulierbar ist und in welchem ein Verdampfer, ein
Kompressor, ein Verflüssiger und eine Drossel angeordnet
sind, wobei der Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels unter
Abkühlen des von der Behandlungskammer abgeströmten
Prozessluftstroms und der Verflüssiger zum Verflüssigen des
Arbeitsmittels unter Aufheizen des die Behandlungskammer anströmenden
Prozessluftstroms in den Prozessluftkanal integriert sind, bei welchem Hausgerät
der Kompressor zur Aufnahme einer Leistung zwischen 200 W und 500
W und der Heizer für eine thermische Leistung zwischen
300 W und 3500 W ausgelegt ist.
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Die
Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass sich die Energiebilanz
eines herkömmlichen Kondensationstrockners ohne Wärmepumpenanlage bereits
durch Hinzufügung eines kleinen Wärmepumpenkreises,
welcher bestimmungsgemäß nur einen Teil der insgesamt
zum Trocknen der Gegenstände aufgebrachten Wärme
aus dem von den Gegenständen abströmenden, mit
Feuchte beladenen Prozessluft zurückgewinnt, so weit verbessern
lässt, dass der entstandene hybride Trockner der in Westeuropa
geläufigen besten Energieverbrauchsklasse, nämlich der
Klasse A, zuteilbar ist und damit gegenüber einem herkömmlichen
Trockner ohne Wärmepumpenkreis einen marktrelevanten und
für Endnutzer erkennbaren Vorteil erhält. Die
Erfindung geht weiter aus von der Erkenntnis, dass sich ein solcher
kleiner Wärmepumpenkreis aus Komponenten zusammensetzen
lässt, die für Wärmepumpenkreise in Kühl-, insbesondere
Gefrieranlagen üblich und als Massenprodukte billig verfügbar
sind. Es entfallen deshalb sowohl Entwicklungs- und Konstruktionsaufwand
für einen entsprechend leistungsfähigen Wärmepumpenkreis,
welcher für einen im Wesentlichen nur mit dem Wärmepumpenkreis
arbeitenden Trockner erforderlich wäre, und auch ein Kostennachteil,
der für entsprechende speziell entwickelte Komponenten abseits
des gewöhnlichen Angebots an Massenprodukten in Kauf zu
nehmen wäre. Somit ist es möglich, beim Bau des
erfindungsgemäßen hybriden Hausgeräts
Kostenvorteile durch Verwendung marktüblicher Komponenten
zu nutzen und dem Endverbraucher weiterzugeben.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Hausgeräts ist der Heizer für eine thermische
Leistung zwischen 500 W und 2500 W ausgelegt. Dadurch ist der Heizer
flexibel im Betrieb; er kann genutzt werden zur schnellen Aufheizung des
Prozessluftkanals bei einer Inbetriebnahme des Hausgeräts,
womit er einen grundsätzlichen Nachteil eines herkömmlichen
Trockners mit Wärmepumpenkreis überwindet, und
er kann in seiner Leistung zurückgesteuert werden, um der
Rückführung von Wärme in den Prozessluftkanal
durch den Wärmepumpenkreis gerecht zu werden.
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Eine
ebenfalls bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Hausgeräts ist dadurch ausgezeichnet, dass der Kompressor
zur Aufnahme einer Leistung zwischen 300 W und 400 W ausgelegt ist. Dies
setzt einen Standard für einen Beitrag, den der Wärmepumpenkreis
zum Aufbringen von Wärme in dem Hausgerät liefert,
welcher Beitrag zur Erlangung der Energieverbrauchsklasse A angemessen
ist.
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Der
Kompressor im erfindungsgemäßen Hausgerät
ist vorzugsweise ein Rotationskompressor, und besonders vorzugsweise
eingerichtet ist zur Anwendung in einem Hausgerät zum Gefrieren
von Gegenständen. Bei einem solchen Kompressor handelt
es sich insbesondere um einen Kompressor mit der eingangs erwähnten
Kenngröße „LBP", die die Bestimmung für
eine Gefrieranwendung impliziert, wohingegen der erfindungsgemäßen
Anwendung die Kenngröße „HBP" zukommt – dies
wegen der in der Regel deutlich über 0°C liegenden
Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels im erfindungsgemäßen Hausgerät.
Damit ist die Verwendung eines Massenprodukts in dem erfindungsgemäßen
Hausgerät erschlossen; es sei bemerkt, dass erfindungsgemäß außer
dem Kompressor auch andere Komponenten des Wärmepumpenkreises,
insbesondere der Verflüssiger, zur Realisierung mit billig
verfügbaren Massenprodukten in Betracht kommen.
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Besonders
bevorzugt ist es auch, dass in dem erfindungsgemäßen
Hausgerät der Wärmepumpenkreis einen Pumpfaktor
zwischen 1,5 und 2 aufweist.
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Eine
weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hausgeräts
sieht vor, dass der Arbeitsmittelkreislauf ein Arbeitsmittel enthält,
welches eine kritische Temperatur zwischen 60°C und 100°C
sowie eine Verdampfungswärme am Siedepunkt unter Normaldruck
von zumindest 220 kJ/kg aufweist. Als solches Arbeitsmittel kommen übliche „Kältemittel"
in Frage, insbesondere die unter entsprechenden ASHRAE- und DIN-Standards
so bezeichneten Verbindungen oder Gemische R22, R290, R134a, R407C und
R410A – wobei der Einsatz des sowohl Chlor als auch Fluor
enthaltenden R22 unter Aspekten des Umweltschutzes und der Einsatz
des R290, nämlich Propan, unter Aspekten der Feuersicherheit
unter Umständen problematisch wäre.
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Im
Rahmen einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Hausgeräts ist der Wärmetauscher zum Entziehen
einer thermischen Leistung zwischen 1000 W und 2000 W und vorzugsweise zum
Entziehen einer thermischen Leistung von etwa 1500 W aus dem Prozessluftstrom
ausgelegt.
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Besonders
bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung, in welcher das erfindungsgemäße
Hausgerät ein Wäschetrockner ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand
der Zeichnung näher beschrieben. Die Zeichnung stellt die
verschiedenen Kanäle und Komponenten des Haushaltsgerätes
in schematischer Weise dar. Für weitere Hinweise zur Realisierung
eines solchen Hausgerätes wird auf die zitierten Dokumente
des Standes der Technik verwiesen.
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Die
einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Hausgerät 1,
welches konkret ein Wäschetrockner 1 ist. Das
Hausgerät ist bestimmt zum Trocknen von Gegenständen 2,
im vorliegenden Fall feuchten Wäschestücken 2.
Diese Gegenstände 2 befinden sich in einer Behandlungskammer 3,
welche eine drehbare Trommel ist und welche die zu trocknenden Gegenstände 2 bei
ihrer Bewegung auflockert und umeinander fallen lässt,
und werden von einem Prozessluftstrom umströmt, welcher
in einem Prozessluftkanal 4 mittels eines Gebläses 5 in
einem im Wesentlichen geschlossenen Kreislauf getrieben wird. „Im
Wesentlichen geschlossen" bedeutet dabei, dass es zwischen dem Prozessluftkanal 4 und
einer Umgebung des Hausgerätes 1 keinerlei wesentliche Druckdifferenz
gibt, wobei gleichwohl aber kein Austausch von Luft zwischen dem
Prozessluftkanal 4 und der Umgebung des Hausgerätes 1 in
wesentlichem Umfange stattfindet. Neben dem Gebläse 5 sind
in dem Prozessluftkanal 4 ein Heizer 6 und ein Luft-Luft-Wärmetauscher 7 angeordnet.
Der Heizer 6 dient zum Aufheizen des Prozessluftstroms,
bevor dieser die Behandlungskammer 3 durchströmt,
und der Luft-Luft-Wärmetauscher 7 zum Abkühlen
des Prozessluftstroms, nachdem dieser von der Behandlungskammer 3 abgeströmt
ist. Der Wärmetauscher 7 ist Bestandteil sowohl
des Prozessluftkanals 4 als auch eines Kühlluftkanals 8,
in welchem ein zweites Gebläse 9 Luft aus der
Umgebung des Hausgerätes 1 ansaugt und durch den
Wärmetauscher 7 sowie zurück in die Umgebung
des Hausgerätes 1 treibt. Beim Abkühlen
des Prozessluftstroms im Wärmetauscher 7 kondensiert
aus dem Prozessluftstrom Feuchtigkeit aus, welche dieser in der
Behandlungskammer 3 von den Gegenständen 2 aufgenommen
hat. Diese Feuchtigkeit schlägt sich im Wärmetauscher 7 nieder und
fließt durch ein entsprechend vorgesehenes Gefälle
und/oder bei Bedarf unterstützt durch eine (nicht dargestellte)
Kondensatpumpe einem Kondensatsammler 10 zu. Von dort kann
die gesammelte Feuchtigkeit nach Beendigung des Trocknungsprozesses
entsorgt werden.
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Zusätzlich
zu dem Heizer 6 und dem Wärmetauscher 7 ist
der Prozessluftkanal 4 mit einem Wärmepumpenkreis 11, 12, 13, 14, 15 gekoppelt.
Dieser Wärmepumpenkreis 11, 12, 13, 14, 15 umfasst
einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf 11, in welchem ein
Arbeitsmittel zirkulierbar ist. Weiter umfasst er einen Verdampfer 12,
in welchem das Arbeitsmittel unter Aufnahme von Wärme aus
dem Prozessluftkanal 4 verdampfbar ist, einen Kompressor 13,
welcher das verdampfte Arbeitsmittel von dem Verdampfer 12 zu einem
Verflüssiger 14 fördert und dazu komprimiert, sowie
eine Drossel 15 in Form eines Stellventils, einer Blende
oder einer Kapillare, welche den Druck des verflüssigten
Arbeitsmittels reduziert, damit dieses im Verdampfer 12,
den es hinter der Drossel 15 anströmt, wieder
verdampfen kann. Der Verflüssiger 14 ist bestimmt
zum Verflüssigen des komprimierten Arbeitsmittels unter
Aufheizen des im Prozessluftkanal 4 zirkulierenden Prozessluftstroms,
bevor dieser zur Behandlungskammer 3 gelangt. Da im Verdampfer 12 des
Prozessluftstrom wieder abgekühlt wird, kondensiert im
Verdampfer 12 ebenfalls Feuchtigkeit aus dem Prozessluftstrom
aus. Diese Feuchtigkeit fließt ebenfalls über
ein geeignet vorgesehenes natürliches Gefälle
und/oder unterstützt von besagter, nicht dargestellter
Kondensatpumpe, dem Kondensatsammler 10 zur späteren
Entsorgung zu.
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Nicht
dargestellt sind Mittel, um Flusen, welche der Prozessluftstrom
den Wäschestücken 2 entreißt
und im Prozessluftkanal 4 mitführt, aufzufangen.
Entsprechende Mittel, insbesondere Flusenfilter, sind allgemein
bekannt und müssen in dem Wäschetrockner 1 vorgesehen
werden, um unzuträgliche Verschmutzung des Wärmetauschers 7 und/oder des
Verdampfers 12 zu vermeiden. Diese beiden Komponenten sind
besonders gefährdet, da in ihnen Feuchtigkeit anfällt,
welche die Flusen in einen feuchten Film einbindet, welcher die
Komponenten überzieht und den Wärmeaustausch mit
der Kühlluft bzw. dem Arbeitsmittel behindert. Zur vorliegenden
Erläuterung ist ein Flusenfilter allerdings nicht erforderlich und
wurde deshalb der Übersicht halber nicht dargestellt.
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Von
Bedeutung ist vorliegend die Verteilung der Heiz- und Kühlleistung
zwischen dem Heizer 6 und dem Wärmetauscher 7 einerseits
und dem Wärmepumpenkreis 11 bis 15 andererseits.
Demnach ist vorgesehen, dass der Kompressor 13, welcher
die thermischen Leistungsdaten des Wärmepumpenkreises 11 bis 15 wesentlich
bestimmt, zur Aufnahme einer Leistung zwischen 200 Watt und 500
Watt, insbesondere zwischen 300 Watt und 400 Watt, ausgelegt ist.
Gleichermaßen ist der Heizer 6 ausgelegt für
eine thermische Leistung zwischen 300 Watt und 3500 Watt, vorzugsweise
zwischen 500 Watt und 2500 Watt. Der Wärmetauscher 7 hingegen
ist ausgelegt zum Entziehen einer thermischen Leistung zwischen 1000
Watt und 2000 Watt, vorzugsweise etwa 1500 Watt, aus dem Prozessluftstrom.
Der Wärmepumpenkreis 11 bis 15 hat dabei
einen Pumpfaktor zwischen 1,5 und 2. Als Arbeitsmittel kommt insb.
ein solches Arbeitsmittel in Betracht, welches eine kritische Temperatur
zwischen 60°C und 100°C, sowie eine Verdampfungswärme
am Siedepunkt unter Normaldruck von zumindest 220 kJ pro Kg aufweist.
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Mit
diesen Leistungsdaten kann das Hausgerät 1 einen
spezifischen Energieverbrauch im Trocknungsprozess erreichen, welcher
niedrig genug ist, um das Hausgerät 1 der Energieverbrauchsklasse
A zuzuordnen. Zusätzlich kann als Kompressor 13 ein
Typ verwendet werden, welcher eingerichtet ist zur Anwendung in
einem Hausgerät zum Gefrieren von Gegenständen
und vorzugsweise ein Rotationskompressor ist. Solche Typen sind
zur Anwendung in Gefriergeräten als Massenprodukte billig
verfügbar, weshalb das vorliegend beschriebene Hausgerät 1 trotz
eines vergleichsweise hohen baulichen Aufwandes zu einem günstigen
Preis gefertigt und vermarktet werden kann.
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Somit
schafft die hierin beschriebene Erfindung einen äußerst
vorteilhaften Kompromiss zwischen geringst möglichem Energieverbrauch
und geringst möglichen Kosten, und schafft somit ein besonders
günstiges Hausgerät.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4216106
A1 [0002]
- - EP 0467188 B1 [0003]
- - WO 2006/029953 A1 [0003]
- - EP 1672294 A2 [0004, 0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - http://compressors.danfoss.com/service
support/service support index.htm [0005]