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Die Erfindung betrifft ein Wärmepumpengerät, vorzugsweise einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei vielen elektrischen Geräten wird heutzutage vom Benutzer sehr auf die Energieeffizienz geachtet, so dass die Energieeffizienz eines elektrischen Geräts im Betrieb ein wesentlicher Faktor der Kaufentscheidung des Benutzers als Endkunde sein kann. Dies betrifft auch Haushaltsgeräte allgemein und insbesondere Haushaltsgeräte wie z.B. Wäschetrockner oder Waschtrockner, welche einen vergleichsweise hohen Energiebedarf im Betrieb aufweisen können.
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Um gerade bei Wäschetrocknern und Waschtrocknern eine möglichst hohe Energieeffizienz im Betrieb zu erreichen, werden diese üblicherweise als Wärmepumpentrockner ausgeführt, da Wärmepumpen grundsätzlich vergleichsweise energieeffizient betrieben werden können. Wärmepumpenwäschetrockner und Wärmepumpenwaschtrockner sind daher am Markt weit verbreitet.
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Eine Wärmepumpe besteht grundsätzlich aus einem geschlossenen Wärmepumpenkreislauf mit einem Kompressor (auch Verdichter genannt), einem Verflüssiger (auch Kondensator genannt), einer Drossel wie z.B. einem Expansionsventil oder einer Kapillare und einem Verdampfer. Diese Elemente können auch als Kältekreislauf oder Wärmepumpenkreislauf bezeichnet werden. Über diesen Wärmepumpenkreislauf kann der Prozessluft des Wäschetrockners die Feuchtigkeit entzogen werden, die zuvor der Wäsche entzogen wurde.
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Aus der Sicht des Prozessluftkreislaufs betrachtet wird hierzu die zuvor durch den Wärmepumpenkreislauf entfeuchtete und aufgeheizte, d.h. getrocknete und erwärmte Prozessluft über ein Gebläse des Wärmepumpenkreislaufs, dem Prozessluftgebläse, durch einen Luftzuführungskanal in eine Wäschetrommel des Wäschetrockners geführt. In der Wäschetrommel wird die zu trocknende Wäsche mittels eines Trommelantriebs üblicherweise durch Rotation bewegt, damit die Prozessluft die Wäsche möglichst vollständig und gleichmäßig erreichen kann. Die Prozessluft nimmt hierbei Feuchtigkeit aus der Wäsche auf und trocknet diese dadurch. Die feuchte Prozessluft gelangt dann über einen Luftrückführungskanal in den Wärmepumpenkreislauf zurück.
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Innerhalb der Wärmepumpe wird im Verdampfer die der Wäsche entzogene Feuchtigkeit aus der Prozessluft kondensiert und in flüssiger Form nach außen hin abgeführt. Die der Prozessluft hierbei entzogene Energie wird der Prozessluft anschließend durch den Verflüssiger wieder zugeführt, so dass die Prozessluft entfeuchtet und aufgeheizt den Wärmepumpenkreislauf in Richtung Wäschetrommel wieder verlassen kann. Der Kreislauf der Prozessluft wird auf diese Weise seinerseits geschlossen.
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Beim Betrieb eines Wärmepumpentrockners kann durch den Kompressor auf Grund der inneren Verluste zusätzliche Wärmeenergie erzeugt werden. Diese Wärmeenergie kann in den Kälteprozess gelangen und dazu beitragen, dass das Kältemittel sich immer weiter aufheizt bis es zu einer Überhitzung und zur Abschaltung des Kompressors kommen kann. Dies kann zum vollständigen Ausfall des Wärmepumpengeräts führen.
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Um dies zu vermeiden ist es bekannt, den Kompressor zu kühlen bzw. die überschüssige Wärmeenergie abzuführen. Hierzu kann ein Kompressorgebläse verwendet werden, welches Luft aus dem Innenraum des Wärmepumpengeräts auf den Kompressor richten und hierdurch die Wärmeabgabe des Kompressors an die Umgebung erhöhen kann.
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Nachteilig ist hierbei jedoch, dass durch die direkte Kühlung des Kompressors bzw. des Kompressorgehäuses dem Prozess Wärme entzogen wird, bevor sie zur Trocknung der Wäsche beitragen kann. Daher wird zur Entfeuchtung der Prozessluft im Wesentlichen die Kälteleistung des Verdichters alleine genutzt. Dies kann die Leistung des Wärmepumpenkreislaufs und damit die Effizienz des Wärmepumpengeräts reduzieren.
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Nachteilig ist ferner, dass der Einsatz eines zusätzlichen Kompressorgebläses zu weiteren Kosten durch das Kompressorgebläse selbst sowie dessen Steuerung und Verkabelung führen kann. Auch wird zusätzlicher Bauraum benötigt, welcher im Inneren eines Wärmepumpengeräts sehr wertvoll sein kann.
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Alternativ ist es bekannt, die Prozessluft zwischen der Wärmetrommel und der Wärmepumpe abzukühlen, so dass eine bereits abgekühlte Prozessluft den Verdampfer der Wärmepumpe erreicht. Dies geschieht üblicherweise durch einen Luft-Luft-Wärmetauscher, welcher im Luftrückführungskanal angeordnet ist. Hierbei wird die feuchte Prozessluft von der Wäschetrommel zur Wärmepumpe hin durch den Luft-Luft-Wärmetauscher geführt. Ferner wird aus der Umgebung des Wärmepumpengeräts Luft durch ein zusätzliches Gebläse angesogen und ebenfalls durch den Luft-Luft-Wärmetauscher geführt. Da die Prozessluft üblicherweise die Wäschetrommel mit einer Temperatur von ca. 50°C verlässt, die Umgebungsluft jedoch üblicherweise eine deutlich geringere Temperatur aufweist, kann die Prozessluft durch den Luft-Luft-Wärmetauscher signifikant abgekühlt werden. Dies wird beispielsweise in der
DE 10 2007 027 866 A1 , in der
EP 0 197 132 B1 , in der
EP 0 816 548 A , in der
EP 1 790 769 A1 , in der
EP 2 573 252 A1 , in der
EP 2 573 253 A1 , in der
JP 2007 082 586 A , in der
WO 2008/086933 A1 sowie in der
WO 2010/071355 A2 beschrieben.
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Durch einen derartigen vorgeschalteten Wärmetauscher kann die Prozessluft vor dem Erreichen der Wärmepumpe abgekühlt werden. Dadurch kann der Feuchtegehalt der Prozessluft gesteigert werden. Der Wärmepumpenkreislauf bzw. der Verdampfer muss dadurch weniger abkühlt werden und weniger Energie aufnehmen. Damit kann die Kühlung des Kompressors und damit das zusätzliche Kompressorgebläse entfallen, da der Kompressor mit einer geringeren Leistung betrieben werden kann, welche zu geringen Verlustwärmen des Kompressors führen kann. Mit dieser Maßnahme kann der Wärmepumpenkreislauf bzw. der Kältekreislauf mit einer geringeren Leistung ausgelegt werden, wodurch die Gesamtleistungsaufnahme des Wärmepumpengeräts reduziert werden kann. Dies kann die Energieeffizienz des Wärmepumpengeräts insgesamt erhöhen. Ferner kann die Wärmepumpe aufgrund des leistungsschwächeren Kompressors leichter und mit einem geringeren Bauraum umgesetzt werden.
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Der Erfindung stellt sich somit das Problem, ein Wärmepumpengerät und insbesondere einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, so dass die Energieeffizienz des Wärmepumpenkreislaufs weiter gesteigert werden kann. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten Wärmepumpengeräten geschaffen werden.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Wärmepumpengerät und insbesondere durch einen Wärmepumpenwäschetrockner oder durch einen Wärmepumpenwaschtrockner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Wärmepumpengerät und vorzugsweise einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner mit einem Prozessluftkreislauf mit wenigstens einem Luftrückführungskanal und mit einem Wärmepumpenkreislauf mit wenigstens einem Verdampfer, wobei der Luftrückführungskanal ausgebildet ist, dem Verdampfer eine Strömung einer Prozessluft zuzuführen, so dass der Verdampfer und die Prozessluft wärmetauschend miteinander wirken können, wobei der Luftrückführungskanal einen ersten Umgebungsluftwärmetauscher aufweist, welcher ausgebildet ist, sowohl die Strömung der Prozessluft als auch eine Strömung einer Umgebungsluft derart zugeführt zu bekommen, so dass die Umgebungsluft wärmetauschend mit der Prozessluft wirken kann. Hierdurch kann, wie eingangs beschrieben, eine Abkühlung der Prozessluft bereits vor ihrem Kontakt mit dem Verdampfer erfolgen.
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Erfindungsgemäß weist der Luftrückführungskanal ferner wenigstens einen zweiten Umgebungsluftwärmetauscher auf, welcher ausgebildet ist, ebenfalls sowohl die Strömung der Prozessluft als auch die Strömung der Umgebungsluft derart zugeführt zu bekommen, so dass die Umgebungsluft wärmetauschend mit der Prozessluft wirken kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass auf diese Art und Weise die Prozessluft bereits vor dem Erreichen des Verdampfers noch stärker als bisher bekannt abgekühlt werden kann, indem die üblicherweise kältere Umgebungsluft dem Luftrückführungskanal wenigstens zweifach wärmetauschend zugeführt wird. Hierdurch kann ein Austausch von Wärme über die beiden Umgebungsluftwärmetauscher erfolgen, so dass jeweils bereits an dieser Stelle Wärme von der Prozessluft über das Material des jeweiligen Umgebungsluftwärmetauschers an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Hierbei kann z.B. bei der Aufstellung eines Wärmepumpenwäschetrockners in einem Keller von einer Temperatur der Umgebungsluft zwischen 15°C und 23°C ausgegangen werden. Liegt die Temperatur der Prozessluft beispielsweise in einem Bereich zwischen 40°C und 50°C, kann ein signifikanter Wärmetransport von der Prozessluft in die Umgebungsluft erfolgen.
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Auf diese Weise kann dem Verdampfer deutlich kühlere Prozessluft als bisher zugeführt werden, so dass der Verdampfer durch die Prozessluft entsprechend weniger stark erhitzt wird und wirkungsvoller Feuchtigkeit aus der Prozessluft herauskondensieren kann. Auch kann dies die Trocknungszeit verkürzen und bzw. oder die Energieeffizienz steigern. Insbesondere kann durch die zuvor beschriebene Maßnahme bei einer reduzierten Leistung des Kompressors des Wärmepumpenkreislaufs die hierdurch bedingte längere Trocknungszeit zumindest teilweise bis vollständig wieder ausgeglichen und ggfs. eine weitere Steigerung der Energieeffizienz erreicht werden. Auch kann bei gleich langer Trocknungszeit die Leistung des Kompressors weiter reduziert und hierdurch die Energieeffizienz weiter gesteigert werden.
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Vorteilhaft ist hierbei auch, dass die Kondensation der Feuchtigkeit aus der Prozessluft bereits im Luftrückführungskanal beginnen kann, so dass eine wirkungsvollere Kondensation stattfinden kann.
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Vorteilhaft ist hierbei insbesondere, dass die maximale Temperatur, auf welche sich der Verdampfer durch die zugeführte warme Prozessluft aufheizen kann, gesenkt werden kann. Dies kann zu einer wirkungsvolleren Kondensation führen, so dass die Prozessluft stärker getrocknet und die Menge des Kondensats erhöht werden kann. Gleichzeitig kann auf eine Kühlung des Kompressors z.B. über ein zusätzliches Kompressorgebläse verzichtet sowie dennoch eine Überhitzung des Kompressors vermieden werden.
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Vorzugsweise ist bei dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher und bzw. oder bei dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher die Strömung der Umgebungsluft quer zur Strömung der Prozessluft ausgerichtet, so dass ein möglichst wirkungsvoller Wärmeaustausch erfolgen kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der erste Umgebungsluftwärmetauscher und bzw. oder der zweite Umgebungsluftwärmetauscher eine Mehrzahl von Umgebungslufteingängen und bzw. oder von Umgebungsluftkanälen und bzw. oder von Umgebungsluftausgängen auf, welche ausgebildet sind, jeweils einen Teil der Strömung der Umgebungsluft zu führen, wobei der erste Umgebungsluftwärmetauscher und bzw. oder der zweite Umgebungsluftwärmetauscher ferner eine Mehrzahl von Prozessluftkanälen aufweist, welche ausgebildet sind, jeweils einen Teil der Strömung der Prozessluft zu führen, wobei die Umgebungslufteingänge und bzw. oder die Umgebungsluftkanäle und bzw. oder die Umgebungsluftausgänge abwechselnd zu den Umgebungsluftkanälen angeordnet sind.
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Hierdurch kann ein großflächiger Kontakt zwischen der Strömung der Prozessluft und der Strömung der Umgebungsluft über das Material der beiden Umgebungsluftwärmetauscher geschaffen werden. Auf diese Art und Weise kann ein wirkungsvoller Wärmeaustausch erfolgen, indem die beiden Luftströme wie bei einem Kreuzstromwärmetauscher durch einander hindurch geführt werden. Die beiden Umgebungsluftwärmetauscher können dabei hinsichtlich ihrer Ausgestaltung wie Form, Verlauf, Wandstärke, Material etc. variiert werden, um eine möglichst gute Wärmeübertragung zwischen den beiden Strömungen zu erreichen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät eine Gehäuseseite, vorzugsweise eine Gehäusevorderseite, auf, welche wenigstens einen Umgebungslufteingang, vorzugsweise eine Mehrzahl von Umgebungslufteingängen, aufweist, so dass die Strömung der Umgebungsluft dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher zugeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Umgebungsluft für eine entsprechende Strömung von außerhalb des Wärmepumpengeräts in dieses hinein und dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher zuzuführen. Dabei wird die Umgebungsluft vorzugsweise möglichst direkt von außerhalb dem Luftrückführungskanal zugeführt, so dass die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Prozessluft möglichst groß ist und hierdurch eine möglichst effiziente Abkühlung der Prozessluft im ersten Umgebungsluftwärmetauscher erfolgen kann.
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Den Umgebungslufteingang dabei an der Gehäusevorderseite vorzusehen ist vorteilhaft, weil z.B. ein Wärmepumpenwäschetrockner üblicherweise von vorn frei zugänglich aufgestellt und betrieben wird, so dass auch von vorn ein möglichst ungehinderter Umgebungsluftstrom zugeführt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Umgebungslufteingang wenigstens abschnittsweise eine Sichelform, eine Bogenform, eine Tropfenform, eine Blattform, eine elliptische Form, eine ovale Form und bzw. oder eine eckige Form auf. Hierdurch können verschiedene Geometrien und Ausgestaltungen des Umgebungslufteingangs realisiert werden, um den Spielraum der Gestaltungsmöglichkeiten zu erhöhen. Insbesondere kann der Umgebungslufteingang den verschiedenen Formen und Verläufen des Luftrückführungskanals angepasst werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät eine Gehäuseseite, vorzugsweise eine Gehäusevorderseite, auf, welche wenigstens einen Umgebungsluftausgang, vorzugsweise eine Mehrzahl von Umgebungsluftausgängen, aufweist, so dass die Strömung der Umgebungsluft von dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher abgeführt werden kann. Hierdurch kann eine Verbindung zwischen dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher und der Umgebung des Wärmepumpengeräts geschaffen werden, so dass Umgebungsluft von dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher abgeführt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät einen Umgebungsluftkanal auf, welcher den ersten Umgebungsluftwärmetauscher, die Strömung der Umgebungsluft führend, mit dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher verbindet. Hierdurch kann die Umgebungsluft, welche den ersten Umgebungsluftwärmetauscher durchquert hat, zusätzlich für den zweiten Umgebungsluftwärmetauscher genutzt werden. Dies kann den Aufwand vermeiden, für den zweiten Umgebungsluftwärmetauscher einen zusätzlichen Zugang zur Umgebung des Wärmepumpengeräts vorsehen zu müssen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät ein Umgebungsluftgebläse auf, welches ausgebildet ist, die Strömung der Umgebungsluft, vorzugsweise durch den Umgebungsluftkanal hindurch, zu erzeugen. Auf diese Weise kann aktiv eine Luftströmung zum Wärmeaustausch erzeugt werden, welche eine entsprechend große Menge kühlerer Umgebungsluft den beiden Umgebungsluftwärmetauschern von außen zuführen kann als ohne aktive Maßnahmen. Dies kann zu einer entsprechend wirkungsvolleren Kühlung führen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät einen Prozessluftfilter auf, welcher vor dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher in der Strömung der Prozessluft angeordnet ist. Hierdurch können z.B. Flusen aus der Prozessluft herausgefiltert und von dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher ferngehalten werden, um diese nicht zu verschmutzen oder sogar zu verstopfen, was beides die Wärmeübertragung einschränken könnte. Gleichzeitig kann eine Verschmutzung oder Verstopfung des Verdampfers vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Prozessluftfilter als Sieb, vorzugsweise als mehrlagiges Sieb, ausgebildet. Hierdurch können Flusen und vergleichbar große Bestandteile wirkungsvoll aus der Prozessluft herausgehalten werden, ohne gleichzeitig die Strömung der Prozessluft unnötig zu behindern. Durch mehrere Lagen des Siebs kann die reinigende Wirkung gleichzeitig erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Wärmepumpengerät einen Prozessluftfilter auf, welcher zwischen dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher und dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher in der Strömung der Prozessluft angeordnet ist. Hierdurch können in diesem Bereich des Luftrückführungskanals Bestandteile aus der Prozessluft zurückgehalten werden, um eine Verschmutzung oder Verstopfung des Verdampfers zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Prozessluftfilter als Schaumstofffilter ausgebildet. Hierdurch kann ein sehr feines Filtern umgesetzt werden, welches entsprechend feine Bestandteile aus der Prozessluft herausfiltern kann. Diese Wirkung kann gleichzeitig sehr einfach und kostengünstig umgesetzt werden.
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Vorzugsweise wird ein erster, vorzugsweise eher grobmaschigerer, Prozessluftfilter vor dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher und ein zweiter, vorzugsweise eher feinmaschigerer, Prozessluftfilter zwischen dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher und dem zweiten Umgebungsluftwärmetauscher eingesetzt, um die zuvor beschriebenen Wirkungen und Vorteile zu kombinieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Strömung der Umgebungsluft im Bereich des ersten Umgebungsluftwärmetauschers und bzw. oder im Bereich des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers umgelenkt, vorzugsweise um ca. 90°. Hierdurch kann eine kompakte und platzsparende Anordnung der beiden Umgebungsluftwärmetauscher erreicht werden. Insbesondere bei einer zweifachen rechtwinkeligen Umlenkung der Umgebungsluft kann diese einer Gehäuseseite, vorzugsweise von der Gehäusevorderseite, sowohl zugeführt als auch von dieser abgeführt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
- 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts in Form eines Wärmepumpenwäschetrockners von innen;
- 2 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts von außen;
- 3 eine funktionelle Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts;
- 4 eine perspektivische Darstellung des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers;
- 5 eine seitliche Darstellung der 4; und
- 6 eine frontale Darstellung der 4.
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Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung X, welche auch als Tiefe X bezeichnet werden kann. Senkrecht zur Längsrichtung X erstreckt sich eine Querrichtung Y, welche auch als Breite Y bezeichnet werden kann. Senkrecht sowohl zur Längsrichtung X als auch zur Querrichtung Y erstreckt sich eine vertikale Richtung Z, welche auch als Höhe Z bezeichnet werden kann.
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1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts 1 in Form eines Wärmepumpenwäschetrockners 1 von innen. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts 1 von außen. 3 zeigt eine funktionelle Darstellung des erfindungsgemäßen Wärmepumpengeräts 1.
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Der Wärmepumpenwäschetrockner 1 weist ein Gehäuseunterteil 10 auf, welches auch als Grundplatte 10 bezeichnet werden kann. Auf dem Gehäuseunterteil 10 ist die Wärmepumpe 2 angeordnet (nicht dargestellt), welche im Folgenden anhand der 3 funktionell näher betrachtet werden wird. Oberhalb der Wärmepumpe 2 ist eine Wäschetrommel 12 angeordnet, siehe z.B. 2, in der nasse bzw. feuchte Wäsche getrocknet werden kann, wie im Folgenden näher beschrieben werden wird. Die Wäsche kann über eine Trommelöffnung 13, welche verschließbar ist (nicht dargestellt), in die Wäschetrommel 12 eingefüllt und dieser auch entnommen werden. Die Trommelöffnung 13 ist durch eine entsprechende Aussparung einer Gehäusevorderseite 11 des Wärmepumpenwäschetrockners 1 für den Benutzer erreichbar.
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Die Wärmepumpe 2 weist einen geschlossenen Wärmepumpenkreislauf 20-24 auf, welcher durch die folgenden Komponenten 20-24 gebildet wird, siehe 3. Es soll mit einer Drossel 20 begonnen werden, welche durch eine Kapillare 20 gebildet wird. Der Kapillare 20 schließt sich ein Verdampfer 21 als erster Wärmetauscher der Wärmepumpe 2 an. Nach dem Verdampfer 21 folgt ein Verdichter 22, welcher auch als Kompressor 22 oder als Erhitzer 22 bezeichnet werden kann. Anschließend folgt ein Verflüssiger 23 als zweiter Wärmetauscher der Wärmepumpe 2, welcher auch als Kondensator 23 bezeichnet werden kann. Über einen Enthitzer 24 schließt sich der Wärmepumpenkreislauf 20-24.
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Wie bei Wärmepumpenkreisläufen 20-24 üblich, wird das Kältemittel durch die Drossel 20 in den Verdampfer 21 abgegeben und geht dabei bei einem niedrigen Druck vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Hierbei kühlt das Kältemittel ab, so dass es beim Durchqueren des Verdampfers 21 diesen abkühlt und sich hierbei selbst erwärmt. Anschließend wird das gasförmige kalte Kältemittel durch den Kompressor 22 verdichtet, so dass es aus dem Kompressor 22 als gasförmiges Kältemittel mit einem hohen Druck und mit einer hohen Temperatur austritt und in den Verflüssiger 23 eintritt. In dem Verflüssiger 23 gibt das sehr warme Kältemittel seine Wärme teilweise an diesen ab, so dass es beim Durchqueren des Verflüssigers 23 diesen erwärmt und sich hierbei selbst abkühlt. Das Kältemittel tritt nun wieder in die Drossel 20 ein, womit sich der Kreislauf des Kältemittels bzw. der Wärmepumpenkreislauf 20-24 schließt.
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Der Wärmepumpenwäschetrockner 1 weist ferner einen Prozessluftkreislauf 12, 14, 15, 16 auf, welcher die Wärmepumpe 2 durchquert. Im Betrieb tritt eine Strömung V einer Prozessluft erwärmt und getrocknet über einen Luftzuführungskanal 14, welcher auch als hintere Luftführung 14 bezeichnet werden kann, aus der Wärmepumpe 2 heraus in die sich drehende Wäschetrommel 12 ein, so dass die dort befindliche Wäsche in Kombination mit der Drehung durch die Strömung V der Prozessluft getrocknet werden kann. Die abgekühlte und feuchte Prozessluft tritt danach als Strömung V durch einen Luftrückführungskanal 15, welcher auch als vordere Luftführung 15 bezeichnet werden kann, wieder in die Wärmepumpe 2 ein.
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Die Strömung V der Prozessluft wird dabei über ein Prozessluftgebläse 16 erzeugt, welches zwischen der Wärmepumpe 2 und dem Luftzuführungskanal 14 angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Wärmepumpe 2 ist ein Prozessluftfilter 17 angeordnet, so dass Flusen und dergleichen im Luftrückführungskanal 15 aus der Strömung V der Prozessluft herausgefiltert werden können, bevor die Strömung V der Prozessluft in die Wärmepumpe 2 eintritt.
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Innerhalb der Wärmepumpe 2 wird die Strömung V der Prozessluft, von dem Luftrückführungskanal 15 kommend, durch den Verdampfer 21 geführt, welcher durch das Kältemittel gekühlt wird. Auf diese Art und Weise kann die Prozessluft, welche Feuchtigkeit aus der Wäschetrommel 12 in sich trägt, abgekühlt werden, so dass die Feuchtigkeit im Verdampfer 21 kondensiert und als Kondensat gesammelt und abgeführt werden kann. Danach wird die getrocknete Prozessluft durch den Verflüssiger 23 geführt, welcher durch das Kältemittel erwärmt wird. Auf diese Weise kann die Prozessluft wieder erwärmt werden, so dass sie beim anschließenden erneuten Einströmen in die Wäschetrommel 12 wieder Feuchtigkeit aus der Wäsche aufnehmen und aus der Wäschetrommel 12 in die Wärmepumpe 2 abführen kann. Hierdurch wird der Prozessluftkreislauf 12, 14, 15, 16 geschlossen.
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Um nun die Effizienz des Wärmepumpenkreislaufs 20-24 zu verbessern, die Menge des Kondensats zu erhöhen und bzw. oder die Trocknungszeit zu verkürzen ist erfindungsgemäß eine Strömung U einer Umgebungsluft vorgesehen, welche dem Luftrückführungskanal 15 sowohl über einen ersten Umgebungsluftwärmetauscher 31 als auch über einen zweiten Umgebungsluftwärmetauscher 35 zugeführt wird.
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Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass die Umgebungsluft üblicherweise eine deutlich geringere Temperatur als diejenige Prozessluft aufweist, welche von der Wäschetrommel 12 über den Luftrückführungskanal 15 der Wärmepumpe 2 zugeführt wird. Daher wird erfindungsgemäß ein Bereich des Luftrückführungskanals 15 ein Umgebungsluftwärmetauschersystem 3 mit zwei Umgebungsluftwärmetauscher 31, 35 angeordnet.
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Hierzu werden eine Mehrzahl von Umgebungslufteingängen 30 an der Gehäusevorderseite 11 geschaffen, von denen sich jeweils ein Kanal rechtwinkelig von der Rückseite der Gehäusevorderseite 11 weg durch den Luftrückführungskanal 15 hindurch erstreckt. Diese Kanäle für die Umgebungsluft bilden gemeinsam mit dem Bereich des Luftrückführungskanals 15, den sie durchqueren, den ersten Umgebungsluftwärmetauscher 31. Da die Prozessluft dabei eine deutlich höhere Temperatur als die Umgebungsluft aufweist, gibt die Prozessluft über die Wandflächen der Kanäle Wärme an die Umgebungsluft ab und wird hierdurch abgekühlt.
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Die Kanäle des ersten Umgebungsluftwärmetauschers 31 sind dabei innerhalb des Luftrückführungskanals 15 quer zur Strömung V der Prozessluft ausgerichtet, so dass sich die Strömung U der Umgebungsluft und die Strömung V der Prozessluft senkrecht durchqueren und hierbei über die Wandflächen der Kanäle sehr effizient wärmeübertragend miteinander zusammenwirken können. Die Kanäle des ersten Umgebungsluftwärmetauschers 31 sind gebogen und sichelförmig, d.h. zum Ende hin zulaufend, ausgebildet, siehe z.B. 2, um die von oben kommende Strömung V der Prozessluft seitlich umzulenken und der Wärmepumpe 2 zuzuführen.
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Die Enden der Kanäle des ersten Umgebungsluftwärmetauschers 31 gehen dann gemeinsam in einem Umgebungsluftkanal 32 über, welcher in der Querrichtung Y rechtwinkelig umknickt und somit parallel zur Gehäusevorderseite 11 auf der Grundplatte 10 verläuft. In diesem Bereich ist in dem Umgebungsluftkanal 32 ein Umgebungsluftgebläse 34 angeordnet, um die Umgebungsluft von außerhalb anzusaugen und weiter durch den Umgebungsluftkanal 32 zu drücken. Das Umgebungsluftgebläse 34 kann dabei anstelle eines Gebläses zur Kühlung des Verdichters 22 verwendet werden, so dass diesbezüglich kein zusätzlicher Aufwand entsteht.
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Hinter dem Umgebungsluftgebläse 34 knickt der Umgebungsluftkanal 32 rechtwinkelig zur Innenseite der Gehäusevorderseite 11 ab und geht in den zweiten Umgebungsluftwärmetauscher 35 über. Hierdurch kann eine erneute Abkühlung der Prozessluft durch die Umgebungsluft erfolgen. Anschließend verlässt die Umgebungsluft den Wärmepumpenwäschetrockner 1 wieder über einen Umgebungsluftausgang 36 der Gehäusevorderseite 11.
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Die Prozessluft wird indessen ihrerseits, wie bereits erwähnt, rechtwinkelig von oben zur Seite umgelenkt und ebenfalls parallel zur Gehäusevorderseite 11 auf der Grundplatte 10 entlang und geradlinig durch den zweiten Umgebungsluftwärmetauscher 35 geführt. Nach dem Verlassen des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35 wird die Prozessluft zuerst rechtwinkelig nach innen und anschließend rechtwinkelig nach unten umgelenkt, um dem Verdampfer 21 zugeführt zu werden.
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Im Bereich zwischen den zwei Umgebungsluftwärmetauschern 31, 35 ist im Verlauf der Prozessluft ein Prozessluftfilter 33 in Form eines Schaumstofffilters angeordnet, um die Prozessluft erneut und feiner als durch den Prozessluftfilter 17 vor dem ersten Umgebungsluftwärmetauscher 31 zu filtern.
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Die Prozessluft tritt somit erfindungsgemäß mit lediglich geringfügigen konstruktiven Änderungen sowie ohne zusätzliches Gebläse kühler als bisher in den Verdampfer 21 der Wärmepumpe 2 ein, so dass dieser durch die Prozessluft weniger stark erwärmt wird und somit im Betrieb kühler als bisher bleibt, was die Wirkung der Kondensation verbessern und die Menge des Kondensats erhöhen kann. Gleichzeitig kann die Energieeffizienz der Wärmepumpe 2 gesteigert werden, weil seitens der Wärmepumpe 2 weniger Energie zur Kühlung der Prozessluft im Verdampfer 21 erforderlich ist. Hierdurch kann entweder die Trocknungszeit bei gleichem Energieaufwand reduziert oder bei gleicher Trocknungszeit die Menge der erforderlichen Energie des Wärmepumpenkreislaufs 20-24 reduziert werden; diese beiden Wirkungen können auch miteinander kombiniert werden.
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4 zeigt eine perspektivische Darstellung des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35. 5 zeigt eine seitliche Darstellung der 4. 6 zeigt eine frontale Darstellung der 4.
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Der zweite Umgebungsluftwärmetauscher 35 ist als Kreuzstromwärmetauscher 35 ausgebildet und weist ein Gehäuse 35a auf, in dem eine Mehrzahl von Umgebungsluftkanälen 35b sowie eine Mehrzahl von Prozessluftkanälen 35c angeordnet sind. Die Umgebungsluftkanäle 35b verlaufen in der Querrichtung Y. Die Prozessluftkanäle 35c verlaufen in der Längsrichtung X und damit senkrecht zu den Umgebungsluftkanälen 35b. Die Umgebungsluftkanäle 35b und die Prozessluftkanäle 35c wechseln sich in der vertikalen Richtung Z ab.
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Dabei werden die Umgebungsluftkanäle 35b durch flache und seitlich abgerundete Bauteile gebildet, die in der Querrichtung Y an ihren Enden mit dem Gehäuse 35a des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35 verbunden sind. Die Zwischenräume in der vertikalen Richtung Z zwischen den Umgebungsluftkanälen 35b bilden die Prozessluftkanäle 35c.
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Bezugszeichenliste
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- X
- Längsrichtung; Tiefe
- Y
- Querrichtung; Breite
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- V
- Strömung der Prozessluft
- U
- Strömung der Umgebungsluft
- 1
- Wärmepumpengerät; Wärmepumpenwäschetrockner; Wärmepumpenwaschtrockner
- 10
- Gehäuseunterteil; Grundplatte
- 11
- Gehäuse(vorder)seite
- 12
- Wäschetrommel
- 13
- Trommelöffnung
- 14
- Luftzuführungskanal; hintere Luftführung
- 15
- Luftrückführungskanal; vordere Luftführung
- 16
- Prozessluftgebläse
- 17
- Prozessluftfilter
- 2
- Wärmepumpe
- 20
- Drossel; Kapillare
- 21
- Verdampfer
- 22
- Verdichter; Kompressor; Erhitzer
- 23
- Verflüssiger; Kondensator
- 3
- Umgebungsluftwärmetauschersystem
- 30
- Umgebungslufteingänge der Gehäuse(vorder)seite 11
- 31
- erster Umgebungsluftwärmetauscher bzw. Kreuzstromwärmetauscher
- 32
- Umgebungsluftkanal
- 33
- Prozessluftfilter
- 34
- Umgebungsluftgebläse
- 35
- zweiter Umgebungsluftwärmetauscher bzw. Kreuzstromwärmetauscher
- 35a
- Gehäuse des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35
- 35b
- Umgebungsluftkanäle des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35
- 35c
- Prozessluftkanäle des zweiten Umgebungsluftwärmetauschers 35
- 36
- Umgebungsluftausgänge der Gehäuse(vorder)seite 11
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007027866 A1 [0011]
- EP 0197132 B1 [0011]
- EP 0816548 A [0011]
- EP 1790769 A1 [0011]
- EP 2573252 A1 [0011]
- EP 2573253 A1 [0011]
- JP 2007082586 A [0011]
- WO 2008/086933 A1 [0011]
- WO 2010/071355 A2 [0011]
