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Der hier vorgestellte Ansatz betrifft eine Drosselvorrichtung für eine Wärmepumpe und eine Wärmepumpe mit einer Drosselvorrichtung.
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Bei einem Großteil der heutigen Wärmepumpentrockner ist innerhalb eines Trocknungsprogrammablaufs eine Abfuhr von überschüssiger Wärme sowohl aus einem Prozessluftkreislauf des Wärmepumpentrockners, als auch aus einem Kältemittelkreislauf des Wärmepumpentrockners nötig, damit beide Kreisläufe nicht überhitzen. Da der Prozessluftkreislauf und der Kältemittelkreislauf miteinander verbunden sind, ist es ausreichend, wenn die Wärme aus einem der beiden Kreisläufe abgeführt wird. Zum Abführen der überschüssigen Wärme aus den beiden Kreisläufen wird entweder eine Kombination aus einem Enthitzer und einem Lüfter eingesetzt, wobei der Enthitzer nach dem Verflüssiger geschaltet ist, oder es wird ein Lüfter eingesetzt, welcher direkt einen Kompressor des Wärmepumpentrockners kühlt.
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Dem hier vorgestellten Ansatz liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Drosselvorrichtung für eine Wärmepumpe sowie eine verbesserte Wärmepumpe mit einer Drosselvorrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Drosselvorrichtung für eine Wärmepumpe und schließlich eine Wärmepumpe mit einer Drosselvorrichtung mit den Merkmalen der Hauptansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Ansatzes ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Die mit dem hier vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass durch eine Oberflächenvergrößerung einer bereits vorhandenen Drosseleinrichtung Wärme abgeführt werden kann. Diese Oberflächenvergrößerung kann unter Verwendung weniger und einfacher Bauteile kostengünstig realisiert werden. Ein Enthitzer ist dank der hier vorgestellten Drosselvorrichtung nicht mehr vonnöten.
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Eine Drosselvorrichtung für eine Wärmepumpe weist zumindest eine Drosseleinrichtung und eine Wärmeabfuhreinrichtung auf. Bei der Drosseleinrichtung kann es sich um ein in eine Kältemittelleitung eines Kältemittelkreislaufs der Wärmepumpe integriertes oder integrierbares Verengungselement handeln, das beispielsweise zwischen einem Verflüssiger und einem Verdampfer der Wärmepumpe angeordnet oder anordenbar ist. Die Drosseleinrichtung kann beispielsweise als eine Kapillare ausgeformt sein, oder zumindest eine Kapillare aufweisen. Die Wärmeabfuhreinrichtung ist dazu ausgeformt, um die Drosseleinrichtung zumindest teilweise zu kontaktieren, um eine Wärmeabfuhr von der Drosseleinrichtung zu ermöglichen. Hierbei kann die Wärme eines in der Drosseleinrichtung aufgenommenen Mittels und/oder Fluids, beispielsweise eines Kältemittels, von der Drosseleinrichtung abgeführt werden. Eine hier vorgestellte Drosselvorrichtung weist vorteilhafterweise eine vergrößerte Oberfläche der Drosseleinrichtung auf, die die Wärmeabfuhr begünstigt.
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Die Wärmeabfuhreinrichtung kann zum Kontaktieren der Drosseleinrichtung zumindest eine Lamelle aufweisen. Diese Lamelle kann zumindest teilweise aus einem Metall ausgeformt sein, da sich Metall für die Wärmeabfuhr sehr gut eignet. Um eine Oberfläche der Drosseleinrichtung weiter zu vergrößern, um somit mehr Wärme von der Drosseleinrichtung abführen zu können, ist es von Vorteil, wenn die Wärmeabfuhreinrichtung eine Mehrzahl an Lamellen aufweist, welche die Drosseleinrichtung kontaktieren.
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Zum Befestigen der Lamelle an der Drosseleinrichtung kann die Lamelle kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit der Drosseleinrichtung verbunden sein. Beispielsweise kann die Lamelle an die Drosseleinrichtung geklemmt oder klemmbar und/oder an die Drosseleinrichtung gelötet oder lötbar und/oder an die Drosseleinrichtung geklebt oder klebbar sein. Derartige Befestigungsmöglichkeiten können eine einfach umsetzbare und stabile Verbindung zwischen der Wärmeabfuhreinrichtung und der Drosseleinrichtung ermöglichen.
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Für eine formschlüssige Verbindung zwischen der Wärmeabfuhreinrichtung und der Drosseleinrichtung kann in der Lamelle zusätzlich oder alternativ zumindest eine Nut oder Aussparung eingeformt sein, in die die Drosseleinrichtung zumindest teilweise aufgenommen oder aufnehmbar ist.
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Wenn die Drosselvorrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zudem eine Lüftereinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet und/oder angeordnet ist, um zumindest die Wärmeabfuhreinrichtung zu kühlen, kann diese aktive Kühlung einen noch schnelleren Wärmeverlust der Drosseleinrichtung bewirken. Um Energie zum Betreiben der Lüftereinrichtung zu sparen, kann die Lüftereinrichtung dazu ausgebildet sein, um die Wärmeabfuhreinrichtung lediglich dann zu kühlen, wenn eine Temperatur im Kältemittelkreislauf und/oder Kühlmittelkreislauf der Wärmepumpe einen Wert erreicht oder übersteigt. Bei dem Wert kann es sich um eine vorbestimmte Temperatur handeln, die beispielsweise eine drohende Überhitzung des Prozessluftkreislaufs und/oder des Kältemittelkreislaufs ankündigt oder anzeigt.
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Zusätzlich oder alternativ zu der Lamelle oder den Lamellen kann die Wärmeabfuhreinrichtung zum Kontaktieren der Drosseleinrichtung und/oder einer Filtereinrichtung der Wärmepumpe zumindest ein Wärmeaustauschblech aufweisen. Bei der Filtereinrichtung kann es sich um einen Filtertrockner der Wärmepumpe handeln. Auch ein solches Wärmeaustauschblech, beispielsweise ebenfalls zumindest teilweise aus Metall, kann der Wärmeabfuhr dienen. Hierzu kann das Wärmeaustauschblech an die Drosseleinrichtung und/oder die Filtereinrichtung geklemmt oder klemmbar sein. Eine Aufnahme der Filtereinrichtung in das Wärmeaustauschblech ermöglicht eine zusätzliche Oberflächenvergrößerung.
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Zum Ermöglichen eines Einströmens von beispielsweise durch die Lüftereinrichtung erzeugter Kühlluft kann das Wärmeaustauschblech zumindest einen Schlitz aufweisen.
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Zum Fixieren und/oder Schützen und/oder Dämmen der Drosselvorrichtung kann die Drosselvorrichtung eine Gehäuseeinrichtung aufweisen, die dazu ausgeformt ist, um die Drosselvorrichtung zumindest teilweise zu umfassen, insbesondere wobei die Gehäuseeinrichtung zumindest teilweise Polystyrol aufweisen kann, beispielsweise ein expandiertes Polystyrol, das auch als EPS-Element bezeichnet werden kann.
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Eine Wärmepumpe weist eine der vorgestellten Drosselvorrichtungen auf, insbesondere wobei die Drosselvorrichtung zwischen einem Verflüssiger und einem Verdampfer der Wärmepumpe angeordnet sein kann, wo Drosseleinrichtungen üblicherweise vorzufinden sind. Eine hier vorgestellte Wärmepumpe kann als Ersatz für bekannte Wärmepumpen dienen, wobei die vorgestellte Wärmepumpe vorteilhafterweise ohne einen Enthitzer auskommt und durch eine Oberflächenvergrößerung eines bereits vorhandenen Bauteils der Wärmepumpe, nämlich der Drosseleinrichtung, schnell und günstig eine Wärmeabfuhr in einem Kreislauf der Wärmepumpe ermöglicht. Eine solche Wärmepumpe kann zur Verwendung in einem Wärmepumpentrockner und/oder einer Waschmaschine und/oder einem Waschtrockner und/oder einem Geschirrspüler ausgeformt sein.
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Ausführungsbeispiele des Ansatzes sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Wärmepumpentrockners;
- 2 eine schematische Darstellung einer Drosselvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 3 bis 4 eine schematische Darstellung eines Wärmepumpentrockners mit einer Drosselvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmepumpentrockners 100. Der Wärmepumpentrockner 100, auch WP-Trockner genannt, verfügt wie auch andere gängige Wärmepumpentrockner über einen Prozessluftkreislauf, in dem eine Prozessluft 105 zirkuliert und einen Kältemittelkreislauf, in dem ein Kältemittel 110 zirkuliert. Beide Kreisläufe sind miteinander über einen Wärmetauscher, bestehend aus einem Verdampfer 115 und einem Verflüssiger 120, verbunden, und können bei entsprechender Isolierung nach außen ohne einen Enthitzer 125, bzw. einen Lüfter 130 als ein geschlossenes System betrachtet werden. Die Wärmepumpe des Wärmepumpentrockners 100 baut in einem kleinen räumlichen Bereich, dem Wärmetauscher, eine Temperaturdifferenz auf. Die Temperaturdifferenz wird durch eine Drosseleinrichtung 135, auch Drossel genannt, eingestellt, welche sich zwischen dem Verflüssiger 120 und dem Verdampfer 115 befindet. Die Drosseleinrichtung 135 ist hier als eine Kapillare ausgeführt. Die Prozessluft 105 kann im Verflüssiger 120 aufgeheizt werden, trifft dann in einer Trommel 140 des Wärmepumpentrockners 100 auf feuchte Wäsche und nimmt dort Feuchtigkeit auf. Die mit Feuchtigkeit beladene, warme Prozessluft 105 trifft anschließend auf den Verdampfer 115. Dort wird die Luft unter den Taupunkt abgekühlt, sodass Wasser auskondensiert und die Prozessluft getrocknet wird.
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Ein Trocknungsprozess eines Wärmepumpentrockners 100 ist in drei Phasen zu unterteilen: eine Aufheizphase, eine Gleichgewichtsphase und eine Austreibungsphase. In der Aufheizphase werden eine Temperatur im Prozessluftkreislauf und eine Differenztemperatur zwischen dem Verdampfer 115 und dem Verflüssiger 120 erhöht. In der Gleichgewichtsphase wird die Temperaturdifferenz im Verdampfer 115 und Verflüssiger 120 aufrechterhalten. In der Gleichgewichtsphase findet ein wesentlicher Anteil des Trocknungsprozesses statt. In der Austreibungsphase wird das verbliebene Wasser aus den feinen Kapillaren der Wäsche ausgetrieben.
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Bei dem hier gezeigten Wärmepumpentrockner 100 erfolgt das Aufheizen des Systems durch eine Verlustleistung eines Kompressors 145 des Wärmepumpentrockners 100. Dies liegt daran, dass es sich um ein geschlossenes System handelt, welches nur über den Enthitzer 125 mit der Umgebung verbunden ist. Dieser Enthitzer 125 wird nur dann von dem Lüfter 130 mittels Kühlluft 147 gekühlt, wenn eine Temperatur des Systems einen bestimmten Wert übersteigt, sodass eine Beschädigung z. B. des Kompressors 145 erfolgen könnte. Der Enthitzer 125 ist direkt nach dem Verflüssiger 120 angeschlossen. Der Verflüssiger 120 kann im Aufbau einem Rohrbündelwärmetauscher entsprechen. Zwischen dem Verflüssiger 120 und der Trommel 140 ist ein Gebläse 150 angeordnet. Zwischen dem Enthitzer 125 und der Drosseleinrichtung 135 ist ein Filtertrockner 155 angeordnet.
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Der hier gezeigte Wärmepumpentrockner 100 nutzt zum Abführen von überschüssiger Wärme eine Kombination aus dem Enthitzer 125 und dem Lüfter 130. Dabei ist der Enthitzer 125 nach dem Verflüssiger 120 geschaltet. Alternativ gibt es auch Wärmepumpentrockner, die keinen Enthitzer aufweisen, hierbei erfolgt das Abführen von überschüssiger Wärme über einen Lüfter, welcher direkt den Kompressor kühlt. So können Kompressoren mit einer geringen Leistungsaufnahme eingesetzt werden, wodurch die abzuführende Wärmemenge reduziert, allerdings die Prozesszeit erheblich erhöht wird.
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Ein Ziel des in den folgenden Figuren vorgestellten Ansatzes ist es, mit kostengünstigen Komponenten eine Abfuhr eines überschüssigen Wärmestroms aus dem Wärmepumpentrockner 100 zu gewährleisten.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Drosselvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um eine Drosselvorrichtung 200 handeln, die von dem in 1 beschriebenen Wärmepumpentrockner 100 aufnehmbar ist.
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Die Drosselvorrichtung 200 weist zumindest eine Drosseleinrichtung 135 und eine Wärmeabfuhreinrichtung 205 auf. Bei der Drosseleinrichtung 135 handelt es sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional um die in 1 gezeigte Kapillare. Die Wärmeabfuhreinrichtung 205 kontaktiert die Drosseleinrichtung 135, um eine Wärmeabfuhr von der Drosseleinrichtung 135 zu ermöglichen.
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Die im Folgenden beschriebenen Merkmale der Drosselvorrichtung 200 sind optional:
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Die hier vorgestellte Drosselvorrichtung 200 kann auch als ein Kapillarenthitzer oder ein Kapillarrohrenthitzer bezeichnet werden. Die Wärmeabfuhreinrichtung 205 weist zum Kontaktieren der Drosseleinrichtung 135 zumindest eine Lamelle 210, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Lamellen 210, auf. Die Lamellen 210 sind wärmeleitfähig mit der Drosseleinrichtung 135 verbunden, beispielsweise an die Drosseleinrichtung 135 geklemmt, gelötet oder geklebt. Die Drosseleinrichtung 135 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in zumindest eine Nut 215 in zumindest einer der Lamellen 210 aufgenommen. Sind die Lamellen 210 mit entsprechend angeordneten Nuten ausgeformt, so kann eine die Drosseleinrichtung 135 ausformende Leitung in die Nuten eingelegt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine die Drosseleinrichtung 135 ausformende Leitung zumindest eine Biegung, hier beispielhaft drei Biegungen auf. Auf diese Weise kann eine Gesamtgröße der Drosselvorrichtung 200 gering gehalten werden und die Länge der Drosseleinrichtung 135 dennoch lang sein. Zudem kann die Drosseleinrichtung 135 mehrmals, hier beispielhaft bis zu viermal, mit ein und derselben Lamelle 210 kontaktiert sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Drosselvorrichtung 200 kastenförmig ausgeformt und weist an einer Wandfläche zwei Anschlüsse zum Zuleiten und Ableiten von dem die Drosseleinrichtung 135 durchströmenden Kältemittel auf.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmepumpentrockners 100 mit einer Drosselvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um den in 1 beschriebenen Wärmepumpentrockner 100 mit der in 2 beschriebenen Drosselvorrichtung 200 handeln, mit dem Unterschied, dass der hier vorgestellte Wärmepumpentrockner 100 keinen Enthitzer aufweist.
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Die Drosselvorrichtung 200 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zudem eine Lüftereinrichtung 130 auf, die dazu ausgebildet und angeordnet ist, um zumindest die Wärmeabfuhreinrichtung 205 der Drosselvorrichtung 200 zu kühlen. Hierzu ist die Lüftereinrichtung 130 dazu ausgebildet, um die Wärmeabfuhreinrichtung 205 zu kühlen, wenn eine Temperatur im Kältemittelkreislauf und/oder Kühlmittelkreislauf des Wärmepumpentrockners 100 einen Wert erreicht oder übersteigt.
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Im Folgenden werden Merkmale der Drosselvorrichtung 200 noch einmal mit anderen Worten beschrieben:
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Anders als bei dem in 1 gezeigten bekannten Wärmepumpentrockner können dank der hier vorgestellten Drosselvorrichtung 200 die Bauteile Enthitzer sowie Verbindungsrohre zwischen dem Verflüssiger 120 und dem Enthitzer und Verbindungsrohre zwischen dem Enthitzer und dem Filtertrockner 155 entfallen, wodurch vorteilhafterweise nur noch ein geringer apparativer Aufwand nötig ist, um die Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Eine kostengünstige sowie genügend große Wärmeabfuhr wird gemäß einem Ausführungsbeispiel dadurch gelöst, das überwiegend Bauteile, welche zur Funktionserfüllung einer Wärmepumpe 300 des Wärmepumpentrockners 100 in jedem Fall vorhanden sein müssen, zusätzlich genutzt werden, um die wärmeabgebende Oberfläche zu vergrößern. Dazu wird vorteilhafterweise die in der Wärmepumpe 300 vorhandene Komponente der Drosseleinrichtung 135 in Form der Kapillare eingesetzt. Auch ein Integrieren des Filtertrockners 155 in die Drosselvorrichtung 200 ist wie in 3 vorgestellt möglich. Zusätzlich zu den vorhandenen Komponenten ist die wärmeabgebende Oberfläche durch Zusatzelemente, hier die Lamellen der Wärmeabfuhreinrichtung 205, oder gemäß einem in 4 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel durch ein Wärmeaustauschblech, vergrößert worden.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die wärmeabgebende Oberfläche der Drosseleinrichtung 135 vergrößert, indem die Kapillare mit Lamellen verbunden ist. Hierbei ist anzustreben, dass eine Kontaktfläche zwischen Kapillare und Lamellen möglichst groß ist. Bei der dargestellten Anordnung ist die große Kontaktfläche durch die Nut in den Lamellen erreicht, in welche die Kapillare eingefügt wird. Das Lamellenpaket kann der Größe des bisher eingesetzten Enthitzers entsprechen. Sobald die Temperatur im Kältemittel- oder Prozessluftkreislauf einen bestimmten Wert übersteigt, springt die optionale Lüftereinrichtung 130 an, deren Luftstrom auf die Lamellen der Wärmeabfuhreinrichtung 205 gerichtet ist und diese kühlt.
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Die hier vorgestellte Drosseleinrichtung 135 ermöglicht eine kostengünstige Realisierung, da bei einem hohen Wärmeabgabestrom eine hohe Energieeffizienz durch das Kühlen der Kapillare möglich ist, da der Dampfgehalt des Kältemittels im Eintritt des Verdampfers 115 reduziert und damit der Wärmeübergang erhöht wird. Außerdem ermöglicht der hier beschriebene Ansatz eine Reduzierung einer Trocknungszeit durch eine Leistungssteigerung des Verdampfers 115.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmepumpentrockners 100 mit einer Drosselvorrichtung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um den in 3 beschriebenen Wärmepumpentrockner 100 mit der Drosselvorrichtung 200 handeln, mit dem Unterschied, dass die Wärmeabfuhreinrichtung 205 der Drosselvorrichtung 200 zum Kontaktieren der Drosseleinrichtung 135 zusätzlich oder optional zu den Lamellen das in 3 angesprochene Wärmeaustauschblech 400 aufweist. Das Wärmeaustauschblech 400 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel an die Drosseleinrichtung 135 und optional auch den Filtertrockner 155, der auch als Filtereinrichtung bezeichnet werden kann, geklemmt. Das Wärmeaustauschblech 400 weist zumindest einen, gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Schlitzen 405 auf. Außerdem weist die Drosselvorrichtung 200 eine Gehäuseeinrichtung auf, die die Drosselvorrichtung 200 zumindest teilweise fixiert und/oder umfasst. Diese Gehäuseeinrichtung ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise aus expandiertem Polystyrol ausgeformt.
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Anders als bei bekannten Wärmepumpentrocknern, bei denen der Kompressor von dem Lüfter gekühlt wird, wodurch der abzuführende Wärmestrom durch die Oberfläche des Kompressors limitiert ist, kann die hier gezeigte Drosselvorrichtung 200 einen großen Wärmestrom abführen und es kann zudem für den Wärmepumpentrockner 100 vorteilhafterweise ein sehr kleiner Kompressor 145 verwendet werden, der geringe Kosten verursacht.
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Bei der hier gezeigten Anordnung wird die wärmeabgebende Oberfläche der Drosseleinrichtung 135 vergrößert, indem die Kapillare zwischen das Wärmeaustauschblech 400 geklemmt wird. Dieses ist geschlitzt, sodass die Kühlluft 147 des Lüfters 130 hindurchströmen kann. Zusätzlich ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Filtertrockner 155 in diese Baugruppe eingefügt und wird ebenfalls durch den Luftstrom 147 des Lüfters 130 gekühlt. Aus Stabilitäts- und Strömungsgründen wird die Baugruppe von einem EPS-Element, also dem expandierten Polystyrol, fixiert und umfasst.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
