EP4253636A1 - Trockner mit zusatzwärmetauscher - Google Patents

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EP4253636A1
EP4253636A1 EP22165775.2A EP22165775A EP4253636A1 EP 4253636 A1 EP4253636 A1 EP 4253636A1 EP 22165775 A EP22165775 A EP 22165775A EP 4253636 A1 EP4253636 A1 EP 4253636A1
Authority
EP
European Patent Office
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heat exchanger
refrigerant
additional heat
condenser
connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22165775.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Etterlin
Simon LUGINBÜHL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
V-Zug AG
Original Assignee
V-Zug AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by V-Zug AG filed Critical V-Zug AG
Priority to EP22165775.2A priority Critical patent/EP4253636A1/de
Publication of EP4253636A1 publication Critical patent/EP4253636A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/206—Heat pump arrangements
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B2600/00—Control issues
    • F25B2600/11—Fan speed control

Definitions

  • the invention relates to a dryer, in particular a household tumble dryer.
  • This includes a drum for holding textiles, a heat pump, an air circulation system and a control.
  • the heat pump includes a compressor, a condenser, an evaporator, an expansion element and an additional heat exchanger.
  • a refrigerant flows between these components in a refrigerant circuit. Process air flows in the air circulation system, through the drum, the condenser and the evaporator to dry textiles arranged in the drum.
  • Dryers especially tumble dryers or washer dryers, are used to dry textiles.
  • the drying process can be simplified into a heating phase and a stationary phase.
  • the dryer and the textiles arranged in the drum heat up.
  • the temperature of the refrigerant may no longer rise. Refrigerant temperatures that are too high would have a negative impact on the service life of the refrigeration circuit and thus damage the dryer. Therefore, the stationary phase is switched to and a cooling air fan is operated, which leads ambient air into the dryer.
  • the cooling air fan can only be operated up to a certain speed. For this reason, an additional heat exchanger is provided as part of the heat pump, which is connected downstream of the condenser.
  • the cooling air fan delivers air to the condenser. It is an air/refrigerant heat exchanger.
  • the use of an additional heat exchanger has its disadvantages.
  • the additional heat exchanger increases the internal volume of the entire refrigerant circuit. Since the refrigerant in the refrigerant circuit must not exceed a maximum volume, other components of the heat pump, such as the condenser and the evaporator, must be reduced in size. This reduces the performance of the dryer.
  • refrigerant displacement On the other hand, fluctuating temperatures and the refrigerant moving back and forth in the refrigerant circuit are observed during the heating phase.
  • the refrigerant oscillates or oscillates within the refrigerant circuit.
  • Such uncontrolled behavior reduces the lifespan of the heat pump, especially the compressor, and is undesirable. This adverse effect is referred to below as refrigerant displacement.
  • the refrigerant circuit has a connection between the condenser and the evaporator, with the additional heat exchanger not being arranged on this connection. In particular, no additional heat exchanger is arranged on this connection.
  • the refrigerant flowing out of the condenser does not have to flow through the auxiliary heat exchanger to get to the evaporator.
  • the expansion element and/or a filter dryer are arranged on this connection of the refrigerant line between the condenser and the evaporator.
  • the additional heat exchanger is not arranged on this connection.
  • the subcooled refrigerant enters the additional heat exchanger and flows through the expansion element, which introduces more mass flow into the evaporator in the event of greater subcooling.
  • a changing mass flow in the evaporator leads to changing suction gas densities at the compressor inlet, which in turn leads to changes in the mass flow. These changes propagate through the entire refrigerant circuit until they arrive again at the additional heat exchanger.
  • the liquid column of the refrigerant begins to oscillate. The refrigerant shifts mentioned can be observed cyclically.
  • the refrigerant emerging from the condenser is injected into the evaporator without an intermediate additional heat exchanger. Refrigerant shifts can therefore be prevented or reduced.
  • the additional heat exchanger is only connected to the condenser via the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit carries the refrigerant from the condenser, in particular directly into the additional heat exchanger, and from the additional heat exchanger, in particular directly, back into the condenser.
  • “Direct” means that no other components of the heat pump, apart from refrigerant pipes, are arranged between the condenser and additional heat exchanger. This means that the refrigerant flowing out of the additional heat exchanger reaches the condenser again before it flows through the evaporator.
  • the capacitor is divided into a first and a second section.
  • the refrigerant circuit leads the refrigerant after exiting the first section to the additional heat exchanger and after exiting the additional heat exchanger to the second section.
  • the first section and the second section are only connected to one another via the additional heat exchanger, i.e. the refrigerant must flow through the additional heat exchanger after the first section before it reaches the second section.
  • the first and second sections may be independent components and independent capacitors, respectively.
  • the refrigerant is advantageously either gaseous or in the wet vapor state in the first section, and either liquid or in the wet vapor state in the second section.
  • the first section has a total heat exchange surface which is a maximum of three times as large, in particular a maximum of twice as large, in particular a maximum of 1.5 times as large as a total heat exchange surface of the second section.
  • the refrigerant within the additional heat exchanger is in the wet steam state, in particular from a point in time 45 minutes, in particular 15 minutes, in particular 5 minutes, in particular 1 minute, after activation of the heat pump.
  • the refrigerant in the additional heat exchanger is in the wet steam state and subcooling only occurs in second section of the condenser, refrigerant displacements can be avoided.
  • the system is stable and the lifespan of the dryer can be increased. For this reason, the first and second sections of the condenser should be dimensioned such that no subcooling occurs in the additional heat exchanger.
  • a wet steam mixture in the additional heat exchanger which has a lower density compared to liquid refrigerant, means that the additional heat exchanger absorbs a lower mass of refrigerant.
  • This saving in refrigerant can be used to optimize the entire heat pump. For example, the subcooling in the condenser can be increased, which can make thermodynamic sense, or larger pipe cross-sections can be used to reduce the pressure loss.
  • the refrigerant circuit has a first and a second connection between the condenser and the evaporator.
  • the first connection is a connection between the condenser and the evaporator, on which the additional heat exchanger is not arranged, in particular on which no additional heat exchanger is arranged. This means that if the refrigerant flows from the condenser to the evaporator, it does not flow through the additional heat exchanger on this first connection.
  • the second connection is a connection from the condenser to the additional heat exchanger and from the additional heat exchanger to the evaporator. This means that if the refrigerant flows from the condenser to the evaporator, it flows through the additional heat exchanger on this second connection.
  • the first and second connections between the condenser and evaporator are therefore at least partially routed in parallel.
  • the first connection is a bypass to the additional heat exchanger.
  • This configuration has the advantage that during the heating phase the refrigerant passes through the first connection and during the stationary phase through the second connection can be made. Refrigerant shifts during the heating phase can thus be avoided.
  • the refrigerant can flow either through the first connection or through the second connection by switching a changeover valve.
  • control is designed such that the refrigerant flows through the first connection in a first phase, in particular during a heating phase, of a drying program, and through the second connection in a second phase, in particular during a stationary phase, of a drying program. This means that refrigerant shifts can be avoided during the heating phase.
  • the additional heat exchanger is advantageously an air/refrigerant heat exchanger.
  • a heat exchanger is a device that is optimized for heat exchange.
  • the additional heat exchanger in particular the air/refrigerant heat exchanger, includes a fan.
  • this conveys to an inflow surface of the additional heat exchanger.
  • the fan can be arranged upstream or downstream of the additional heat exchanger.
  • the additional heat exchanger comprises a serpentine course, ribs, and/or sheets.
  • the additional heat exchanger is a finned heat exchanger or a micro-channel heat exchanger.
  • the evaporator removes heat from the process air and the condenser releases heat into the process air.
  • the tumble dryer after Fig. 1 has a drum 1 for holding the textiles to be dried. It A process air circuit is provided (which in Fig. 1 is shown with solid lines), in which heated process air is passed through the drum 1, then cooled and then heated again and led back into the drum 1.
  • an optional electrical additional heater (starting heater) 2 can be provided, which allows heat to be specifically supplied to the process air, for example when starting the device, or it can be used to generally raise the temperature level in the process air circuit .
  • a fan 3 is used to convey the process air.
  • a heat pump with a refrigerant circuit is provided (the path of the refrigerant conveyed in the refrigerant circuit being in Fig. 1 shown with dotted lines).
  • the refrigerant is conveyed from a compressor 4 to a condenser 5, then to an additional heat exchanger 6, to an expansion element 7, for example in the form of a capillary or an expansion valve, to an evaporator 8 and then back to the compressor 4.
  • the evaporator 8 serves to cool the process air and in this way remove water, while the condenser 5 serves to heat the process air again so that it can absorb new water.
  • a controller 9 controls the fan 3 and the compressor 4.
  • the additional heat exchanger 6 is an air/refrigerant heat exchanger with which heat is removed from the refrigerant and released into the environment.
  • the additional heat exchanger 6 includes a fan 61, with which the ambient air is guided through the additional heat exchanger 6 in order to cool it.
  • the heat output extracted from the refrigerant by the additional heat exchanger 6 is determined via the speed of the fan 61. This speed is determined by a controller 9 of the device.
  • the fan 61 is deactivated.
  • the system is heating up.
  • the fan 61 is only activated at a later point in time, for example as soon as the refrigerant at the outlet of the compressor 4 has a temperature of over 90 ° C. This temperature can be determined using the temperature sensor 18.
  • the additional heat exchanger 6 is arranged between the condenser 5 and the evaporator 8. This means that the refrigerant flows from the condenser 5 into the additional heat exchanger 6 and then into the evaporator 8. The refrigerant cannot get into the evaporator 8 without first flowing through the additional heat exchanger 6.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the invention.
  • the refrigerant circuit has a connection 11 on which the additional heat exchanger 6 is not arranged.
  • the additional heat exchanger 6 is only connected to the capacitor 5 via the refrigerant circuit.
  • the refrigerant circuit marked with a dotted line leads refrigerant via the connection 12 from the condenser 5 to the additional heat exchanger 6 and via the connection 13 from the additional heat exchanger 6 back to the condenser 5.
  • No other components of the heat pump are arranged between the condenser 5 and the additional heat exchanger 6. Only the refrigerant line carries refrigerant between the condenser 5 and the additional heat exchanger 6.
  • the refrigerant flows in its circuit necessarily through the additional heat exchanger 6.
  • the condenser 5 is divided into a first section 51 and a second section 52.
  • the two sections 51 and 52 are only connected in terms of flow via the additional heat exchanger 6.
  • a direct flow of refrigerant from the first section 51 to the second section 52 without flow through the additional heat exchanger 6 is not possible.
  • the refrigerant flows into the first section 51 of the condenser 5 and flows via the connection 12 of the refrigerant circuit to the additional heat exchanger 6.
  • the refrigerant flows from the additional heat exchanger 6 via the connection 13 of the refrigerant circuit into the second section 52 of the condenser 5. Then leaves the refrigerant passes the condenser 5 via the connection 11 in the direction of the evaporator 8.
  • the sizes of the sections 51 and 52 of the capacitor 5 must be selected accordingly.
  • the first section 51 has a total heat exchange surface that is twice as large as a total heat exchange surface of the second section 52.
  • the first section 51 deheats and condenses the refrigerant.
  • the additional heat exchanger 6 condenses the refrigerant. Both the first section 51 and the additional heat exchanger 6 do not subcool the refrigerant. Subcooling only occurs in the second section 52 of the condenser. In other words, the refrigerant in the first section 51 of the condenser 5 is in the gaseous or wet vapor state. In the second section 52 the refrigerant is in the liquid or wet vapor state. Within the additional heat exchanger 6, the refrigerant is not liquid, but is in the wet steam state during most of the drying process.
  • the Fig. 3 shows a second embodiment of the invention.
  • the refrigerant circuit has two parallel connections 14, 16 and 15, 16.
  • the additional heat exchanger 6 is not on the first connection 14, 16 arranged.
  • the additional heat exchanger 6 is arranged on the second connection 15, 16.
  • the first connection 14, 16 and the second connection 15, 16 are at least partially parallel.
  • a changeover valve 17 is provided to guide the refrigerant either through the first connection 14, 16 or through the second connection 15, 16.
  • the changeover valve is controlled by the controller 9. It is envisaged that the refrigerant is passed through the first connection 14, 16 during a heating phase and through the second connection 15, 16 during a subsequent stationary phase. In this way, refrigerant shifts can be avoided during the heating phase.

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Abstract

Ein Trockner, insbesondere ein Haushaltswäschetrockner, umfasst eine Trommel (1) zur Aufnahme von Textilien und eine Wärmepumpe mit einem Kompressor (4), einem Kondensator (5), einem Verdampfer (8), einem Expansionsorgan (7) und einem Zusatzwärmetauscher (6). In der Wärmepumpe strömt ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf. Ein Luftzirkulationssystem dient der Zirkulation von Prozessluft durch die Trommel (1), den Verdampfer (8) und den Kondensator (5) zur Trocknung der Textilien in der Trommel (1). Der Kältemittelkreislauf umfasst eine Verbindung (11, 14, 16) zwischen dem Kondensator (5) und dem Verdampfer (6), auf welcher der Zusatzwärmetauscher (6) nicht angeordnet ist.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Trockner, insbesondere einen Haushaltswäschetrockner. Dieser umfasst eine Trommel zur Aufnahme von Textilien, eine Wärmepumpe, ein Luftzirkulationssystem und eine Steuerung. Die Wärmepumpe umfasst einen Kompressor, einen Kondensator, einen Verdampfer, ein Expansionsorgan und einen Zusatzwärmetauscher. Zwischen diesen Komponenten strömt in einem Kältemittelkreislauf ein Kältemittel. Prozessluft strömt im Luftzirkulationssystem, durch die Trommel, den Kondensator und den Verdampfer, um in der Trommel angeordnete Textilien zu trocknen.
    • Hintergrund
  • Trockner, insbesondere Wäschetrockner oder Waschtrockner, dienen dem Trocknen von Textilien. Der Trocknungsprozess kann vereinfacht in eine Aufheiz- und in eine stationäre Phase unterteilt werden. Während der Aufheizphase erwärmen sich der Trockner und die in der Trommel angeordneten Textilien. Sobald das Kältemittel innerhalb der Wärmepumpe eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht hat, darf die Temperatur des Kältemittels nicht mehr weiter steigen. Zu hohe Temperaturen des Kältemittels würden die Lebensdauer des Kältekreislaufes negativ beeinflussen und damit dem Trockner schaden. Daher wird in die stationäre Phase gewechselt und ein Kühlluftventilator betrieben, welcher Umgebungsluft in den Trockner führt.
  • Der Kühlluftventilator kann aufgrund von Lärmemissionen nur bis zu einer bestimmten Drehzahl betrieben werden. Aus diesem Grunde ist als Bestandteil der Wärmepumpe ein Zusatzwärmetauscher vorgesehen, welcher dem Kondensator nachgeschaltet ist. Der Kühlluftventilator fördert Luft zum Kondensator. Es handelt sich um einen Luft/Kältemittel-Wärmetauscher. Für eine detailliertere Beschreibung wird auf EP2034084 verwiesen.
  • Der Einsatz eines Zusatzwärmetauschers hat seine Nachteile. Zum einen erhöht der Zusatzwärmetauscher das innere Volumen des gesamten Kältemittelkreislaufes. Da das Kältemittel im Kältemittelkreislauf ein maximales Volumen nicht überschreiten darf, müssen andere Komponenten der Wärmepumpe, z.B. der Kondensator und der Verdampfer, verkleinert werden. Die Leistung des Trockners wird dadurch reduziert.
  • Zum anderen werden während der Aufheizphase schwankende Temperaturen und ein Hin- und Herbewegen des Kältemittels im Kältemittelkreislauf beobachtet. Das Kältemittel pendelt bzw. schwingt innerhalb des Kältemittelkreislaufes. Ein solch unkontrolliertes Verhalten reduziert die Lebensdauer der Wärmepumpe, insbesondere des Kompressors, und ist unerwünscht. Nachfolgend wird dieser nachteilige Effekt als Kältemittelverlagerung bezeichnet.
    • Darstellung der Erfindung
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lebensdauer eines Trockners zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Trockner gemäss dem unabhängigen Anspruch gelöst. Demnach umfasst der Trockner, insbesondere ein Haushaltswäschetrockner oder ein Haushaltswaschtrockner,
    • eine Trommel zur Aufnahme von Textilien;
    • eine Wärmepumpe mit einem Kompressor, einem Kondensator, einem Verdampfer, einem Expansionsorgan und einem Zusatzwärmetauscher. Diese Komponenten der Wärmepumpe sind über ein Kältemittelkreislauf miteinander verbunden. Kältemittel strömt im Kältemittelkreislauf von einer Komponente zur nächsten.
    • ein Luftzirkulationssystem zur Zirkulation von Prozessluft durch die Trommel, den Kondensator und den Verdampfer zur Trocknung der Textilien in der Trommel;
    • eine Steuerung, zur Steuerung der Wärmepumpe und weiterer Komponenten des Trockners.
  • Der Kältemittelkreislauf weist eine Verbindung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer auf, wobei der Zusatzwärmetauscher nicht auf dieser Verbindung angeordnet ist. Insbesondere ist auf dieser Verbindung kein Zusatzwärmetauscher angeordnet.
  • Mit anderen Worten muss das aus dem Kondensator strömende Kältemittel nicht durch den Zusatzwärmetauscher strömen, um in den Verdampfer zu gelangen. Auf dieser Verbindung der Kältemittelleitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer sind insbesondere das Expansionsorgan und/oder ein Filtertrockner angeordnet. Jedoch ist auf dieser Verbindung nicht der Zusatzwärmetauscher angeordnet.
  • Bei dieser Ausgestaltung der Wärmepumpe konnte beobachtet werden, dass die eingangs beschriebenen Kältemittelverlagerungen reduziert bzw. vollständig vermieden sind.
  • Dieses Ergebnis lässt sich wie folgt erklären. Durchströmt das Kältemittel während der Aufheizphase gemäss dem Stand der Technik nach Austritt aus dem Kondensator den Zusatzwärmetauscher und anschliessend den Verdampfer, treten Kältemittelverlagerungen auf. Denn zu Beginn des Prozesses strömt gasförmiges Kältemittel aus dem Kondensator und gelangt in den Zusatzwärmetauscher. Im Kondensator wird vom Kältemittel Wärme abgeführt, wobei das Kältemittel im Zusatzwärmetauscher nach einer bestimmten Zeit in ein Nassdampf-Zustand wechselt und noch später unterkühlt. Die Phasengrenze bzw. der Beginn der Flüssigsäule des Kältemittels bewegt sich vom Zusatzwärmetauscher zurück zum Kondensator, wobei nach einer bestimmten Zeit das Kältemittel bereits schon im Kondensator unterkühlt. Das unterkühlte Kältemittel gelangt in den Zusatzwärmetauscher und strömt durch das Expansionsorgan, welches bei stärkerer Unterkühlung mehr Massenstrom in den Verdampfer einführt. Ein sich ändernder Massenstrom im Verdampfer führt zu ändernden Sauggasdichten am Eintritt des Kompressors, was wiederum zu Änderungen im Massenstrom führt. Diese Änderungen propagieren durch den gesamten Kältemittelkreislauf bis sie am Zusatzwärmetauscher wieder ankommen. Die Flüssigsäule des Kältemittels beginnt zu pendeln. Die erwähnten Kältemittelverlagerungen können zyklisch beobachtet werden.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird das aus dem Kondensator austretende Kältemittel ohne dazwischengeschalteter Zusatzwärmetauscher in den Verdampfer eingespritzt. Kältemittelverlagerungen können deshalb verhindert bzw. reduziert werden.
  • In einer ersten besonderen Ausführungsform steht der Zusatzwärmetauscher über den Kältemittelkreislauf nur mit dem Kondensator in Verbindung. Insbesondere führt der Kältemittelkreislauf das Kältemittel vom Kondensator, insbesondere direkt in den Zusatzwärmetauscher und vom Zusatzwärmetauscher, insbesondere direkt, zurück in den Kondensator. "Direkt" bedeutet, dass zwischen Kondensator und Zusatzwärmetauscher keine weiteren Komponenten der Wärmepumpe, ausser Kältemittelleitungen, angeordnet sind. Dies hat zur Folge, dass das aus dem Zusatzwärmetauscher strömende Kältemittel erneut in den Kondensator gelangt, bevor es durch den Verdampfer strömt.
  • Insbesondere ist der Kondensator in einen ersten und in einen zweiten Abschnitt unterteilt. Der Kältemittelkreislauf führt das Kältemittel nach Austritt aus dem ersten Abschnitt zum Zusatzwärmetauscher und nach Austritt aus dem Zusatzwärmetauscher zum zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind nur über den Zusatzwärmetauscher miteinander verbunden, d.h. das Kältemittel muss nach dem ersten Abschnitt den Zusatzwärmetauscher durchströmen, bevor es in den zweiten Abschnitt gelangt. Der erste und der zweite Abschnitt können unabhängige Bauteil bzw. unabhängige Kondensatoren sein.
  • Mit Vorteil ist das Kältemittel im ersten Abschnitt entweder gasförmig oder im Nassdampf-Zustand, und im zweiten Abschnitt entweder flüssig oder im Nassdampf-Zustand. Insbesondere weist der erste Abschnitt eine gesamte Wärmetauschfläche auf, welche maximal dreifach so gross, insbesondere maximal doppelt so gross, insbesondere maximal 1.5-fach so gross, ist, wie eine gesamte Wärmetauschfläche des zweiten Abschnitts.
  • Mit Vorteil ist bei aktivierter Wärmepumpe das Kältemittel innerhalb des Zusatzwärmetauschers im Nassdampf-Zustand, insbesondere ab einem Zeitpunkt 45 Minuten, insbesondere 15 Minuten, insbesondere 5 Minuten, insbesondere 1 Minute, nach Aktivierung der Wärmepumpe.
  • Ist das Kältemittel im Zusatzwärmetauscher im Nassdampf-Zustand und erfolgt eine Unterkühlung erst im zweiten Abschnitt des Kondensators, können Kältemittelverlagerungen vermieden werden. Das System ist stabil und die Lebensdauer des Trockners kann erhöht werden. Aus diesem Grund sollten der erste und der zweite Abschnitt des Kondensators derart dimensioniert werden, dass im Zusatzwärmetauscher keine Unterkühlung stattfindet.
  • Ein Nassdampf-Gemisch im Zusatzwärmetauscher, welches eine geringere Dichte im Vergleich zu flüssigem Kältemittel aufweist, führt dazu, dass der Zusatzwärmetauscher eine geringere Masse an Kältemittel aufnimmt. Diese Einsparung an Kältemittel kann zur Optimierung der gesamten Wärmepumpe genutzt werden. Beispielsweise kann die Unterkühlung im Kondensator erhöht werden, was thermodynamisch sinnvoll sein kann, oder es können grössere Rohrquerschnitte verwendet werden, um den Druckverlust zu reduzieren.
  • In einer zweiten besonderen Ausführungsform weist der Kältemittelkreislauf eine erste und eine zweite Verbindung zwischen Kondensator und Verdampfer auf. Die erste Verbindung ist eine Verbindung zwischen Kondensator und Verdampfer, auf welcher der Zusatzwärmetauscher nicht angeordnet ist, insbesondere auf welcher kein Zusatzwärmetauscher angeordnet ist. D.h. strömt das Kältemittel vom Kondensator zum Verdampfer, durchströmt es auf dieser ersten Verbindung den Zusatzwärmetauscher nicht. Die zweite Verbindung ist eine Verbindung vom Kondensator zum Zusatzwärmetauscher und vom Zusatzwärmetauscher zum Verdampfer. D.h. strömt das Kältemittel vom Kondensator zum Verdampfer, durchströmt es auf dieser zweiten Verbindung den Zusatzwärmetauscher.
  • Die erste und die zweite Verbindung zwischen Kondensator und Verdampfer sind somit zumindest abschnittsweise parallel geführt. Die erste Verbindung stellt ein Bypass zum Zusatzwärmetauscher dar.
  • Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass während der Aufheizphase das Kältemittel durch die erste Verbindung und während der stationären Phase durch die zweite Verbindung geführt werden kann. Kältemittelverlagerungen während der Aufheizphase können dadurch vermieden werden.
  • Mit Vorteil kann durch Umschalten eines Umschaltventils das Kältemittel entweder durch die erste Verbindung oder durch die zweite Verbindung geströmt werden.
  • Insbesondere ist die Steuerung derart ausgestaltet, das Kältemittel in einer zeitlich ersten Phase, insbesondere während einer Aufheizphase, eines Trocknungsprogramms durch die erste Verbindung, und in einer zeitlichen zweiten Phase, insbesondere während einer stationären Phase, eines Trocknungsprogramms durch die zweite Verbindung strömen zu lassen. Dadurch können Kältemittelverlagerungen während der Aufheizphase vermieden werden.
  • Vorteilhaft ist der Zusatzwärmetauscher ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher. Unter einem Wärmetauscher ist eine Vorrichtung zu verstehen, welche für den Wärmetausch optimiert ist.
  • Insbesondere umfasst der Zusatzwärmetauscher, insbesondere der Luft/Kältemittel-Wärmetauscher, einen Lüfter. Insbesondere fördert dieser an eine Anströmfläche des Zusatzwärmetauschers. Der Lüfter kann stromaufwärts oder stromabwärts zum Zusatzwärmetauscher angeordnet sein.
  • Insbesondere umfasst der Zusatzwärmetauscher einen schlangenförmigen Verlauf, Rippen, und/oder Bleche. Insbesondere ist der Zusatzwärmetauscher ein LamellenWärmetauscher oder ein Micro-Channel-Wärmetauscher.
  • Mit Vorteil weist der Zusatzwärmetauscher einen Lüfter auf, welcher
    • frühestens zwei Minuten, insbesondere frühestens 15 Minuten, insbesondere frühestens 30 Minuten, insbesondere frühestens 45 Minuten, nach Aktivierung der Wärmepumpe aktiviert wird, oder
    • erst bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur des Kältemittels an einem bestimmten Ort im Kältemittelkreislauf, insbesondere am Auslass des Zusatzwärmetauschers oder am Auslass des Kompressors, gestartet oder seine Leistung erhöht wird, insbesondere wobei die bestimmte Temperatur mindestens 40°C, insbesondere mindestens 50°C, insbesondere mindestens 60°C, insbesondere mindestens 90°C, ist. Insbesondere wird die Leistung des Lüfters in Abhängigkeit verschiedener Temperaturstufen mehrfach erhöht.
  • Die Aktivierung des Zusatzwärmetauschers ist erst erforderlich, nachdem der Trockner eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht hat.
  • Insbesondere entzieht der Verdampfer der Prozessluft Wärme und der Kondensator gibt an die Prozessluft Wärme ab.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Ausgestaltungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der nun folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 ein Blockdiagramm der wichtigsten Komponenten eines Wäschetrockners gemäss dem Stand der Technik;
    • Fig. 2 ein Blockdiagramm der wichtigsten Komponenten eines Wäschetrockner in einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
    • Fig. 3 ein Blockdiagramm der wichtigsten Komponenten eines Wäschetrockner in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Der Wäschetrockner nach Fig. 1 besitzt eine Trommel 1 zur Aufnahme der zu trocknenden Textilien. Es ist ein Prozessluftkreislauf vorgesehen (welcher in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist), in welchem erwärmte Prozessluft durch die Trommel 1 geleitet, sodann abgekühlt und danach wieder aufgeheizt und zurück in die Trommel 1 geführt wird.
  • Im Prozessluftkreislauf, insbesondere vor der Trommel 1, kann eine optionale elektrische Zusatzheizung (Startheizung) 2 vorgesehen sein, welche es erlaubt, der Prozessluft gezielt Wärme zuzuführen, z.B. beim Starten des Geräts, oder sie kann verwendet werden, um das Temperaturniveau im Prozessluftkreislauf allgemein anzuheben. Ein Lüfter 3 dient zum Fördern der Prozessluft.
  • Weiter ist eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf vorgesehen (wobei der Pfad des im Kältemittelkreislaufs geförderten Kältemittels in Fig. 1 mit gepunkteten Linien dargestellt ist). Das Kältemittel wird von einem Kompressor 4 zu einem Kondensator 5, dann zu einem Zusatzwärmetauscher 6, zu einem Expansionsorgan 7, z.B. in Form einer Kapillaren oder eines Expansionsventils, zu einem Verdampfer 8 und dann wieder zurück zum Kompressor 4 gefördert. Der Verdampfer 8 dient dazu, die Prozessluft abzukühlen und ihr auf diese Weise Wasser zu entziehen, während der Kondensator 5 dazu dient, die Prozessluft wieder zu erwärmen, so dass sie neues Wasser aufnehmen kann. Eine Steuerung 9 steuert den Lüfter 3 und den Kompressor 4.
  • Der Zusatzwärmetauscher 6 ist ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher, mit welchem Wärme dem Kältemittel entzogen und an die Umgebung abgegeben wird. Der Zusatzwärmetauscher 6 umfasst einen Lüfter 61, mit welchem die Umgebungsluft durch den Zusatzwärmetauscher 6 geführt wird, um diesen zu kühlen. Die vom Zusatzwärmetauscher 6 dem Kältemittel entzogene Wärmeleistung wird über die Drehzahl des Lüfters 61 festgelegt. Diese Drehzahl wird von einer Steuerung 9 des Geräts bestimmt. In einer Anfangsphase des Trocknungsprozesses ist der Lüfter 61 deaktiviert. Das System heizt sich auf. Erst zu einem späteren Zeitpunkt wird der Lüfter 61 aktiviert, beispielsweise sobald das Kältemittel am Auslass des Kompressors 4 eine Temperatur von über 90°C aufweist. Diese Temperatur kann mittels des Temperatursensors 18 ermittelt werden.
  • Der Zusatzwärmetauscher 6 ist zwischen dem Kondensator 5 und dem Verdampfer 8 angeordnet. D.h. das Kältemittel strömt vom Kondensator 5 in den Zusatzwärmetauscher 6 und anschliessend in den Verdampfer 8. Das Kältemittel kann nicht in dem Verdampfer 8 gelangen, ohne zuerst den Zusatzwärmetauscher 6 zu durchströmen.
  • Wie eingangs erwähnt, führt diese Anordnung der Komponenten der Wärmepumpe während der Aufheizphase regelmässig zu Kältemittelverlagerungen innerhalb des Kältemittelkreislaufes. Die Lebensdauer des Trockners ist dadurch reduziert.
  • Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Zwischen dem Kondensator 5 und dem Verdampfer 8 weist der Kältemittelkreislauf eine Verbindung 11 auf, auf welcher der Zusatzwärmetauscher 6 nicht angeordnet ist. Der Zusatzwärmetauscher 6 steht über den Kältemittelkreislauf lediglich mit dem Kondensator 5 in Verbindung. D.h. der mit gepunkteter Linie markierte Kältemittelkreislauf führt Kältemittel über die Verbindung 12 vom Kondensator 5 zum Zusatzwärmetauscher 6 und über die Verbindung 13 vom Zusatzwärmetauscher 6 zurück zum Kondensator 5. Zwischen dem Kondensator 5 und dem Zusatzwärmetauscher 6 sind keine weiteren Komponenten der Wärmpumpe angeordnet. Lediglich die Kältemittelleitung führt Kältemittel zwischen Kondensator 5 und Zusatzwärmetauscher 6.
  • Das Kältemittel strömt in seinem Kreislauf zwingend durch den Zusatzwärmetauscher 6. Hierfür ist der Kondensator 5 in einen ersten Abschnitt 51 und in einen zweiten Abschnitt 52 aufgeteilt. Die beiden Abschnitte 51 und 52 stehen strömungstechnisch nur über den Zusatzwärmetauscher 6 in Verbindung. Eine direkte Strömung von Kältemittel vom ersten Abschnitt 51 zum zweiten Abschnitt 52 ohne Durchströmung des Zusatzwärmetauschers 6 ist nicht möglich.
  • Mit anderen Worten strömt das Kältemittel in den ersten Abschnitt 51 des Kondensators 5 ein und strömt über die Verbindung 12 des Kältemittelkreislaufs zum Zusatzwärmetauscher 6. Das Kältemittel strömt vom Zusatzwärmetauscher 6 über die Verbindung 13 des Kältemittelkreislaufs in den zweiten Abschnitt 52 des Kondensators 5. Sodann verlässt das Kältemittel den Kondensator 5 über die Verbindung 11 in Richtung des Verdampfers 8.
  • Aus Stabilitätsgründen ist es von Vorteil, wenn im Zusatzwärmetauscher 6 keine Unterkühlung stattfindet, sondern das Kältemittel lediglich kondensiert. Hierfür müssen die Grössen der Abschnitte 51 und 52 des Kondensators 5 entsprechend gewählt werden. Beispielsweise weist der erste Abschnitt 51 eine gesamte Wärmetauschfläche auf, welche doppelt so gross ist wie eine gesamte Wärmetauschfläche des zweiten Abschnitts 52.
  • Der erste Abschnitt 51 enthitzt und kondensiert das Kältemittel. Der Zusatzwärmetauscher 6 kondensiert das Kältemittel. Beide, der erste Abschnitt 51 und der Zusatzwärmetauscher 6 unterkühlen das Kältemittel nicht. Eine Unterkühlung erfolgt erst im zweiten Abschnitt 52 des Kondensators. Mit anderen Worten befindet sich das Kältemittel im ersten Abschnitt 51 des Kondensators 5 im gasförmigen- oder im Nassdampf-Zustand. Im zweiten Abschnitt 52 befindet sich das Kältemittel im flüssigen oder Nassdampf-Zustand. Innerhalb des Zusatzwärmetauschers 6 ist das Kältemittel nicht flüssig, sondern während dem grössten Teil des Trocknungsprozesses im Nassdampf-Zustand.
  • Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Zwischen dem Kondensator 5 und dem Verdampfer 8 weist der Kältemittelkreislauf zwei parallel geführte Verbindungen 14, 16 und 15, 16 auf. Auf der ersten Verbindung 14, 16 ist der Zusatzwärmetauscher 6 nicht angeordnet. Auf der zweiten Verbindung 15, 16 ist der Zusatzwärmetauscher 6 angeordnet. Die erste Verbindung 14, 16 und die zweite Verbindung 15, 16 sind zumindest teilweise parallel geführt.
  • Ein Umschaltventil 17 ist vorgesehen, um das Kältemittel entweder durch die erste Verbindung 14, 16 oder durch die zweite Verbindung 15, 16 zu führen. Das Umschaltventil ist von der Steuerung 9 gesteuert. Vorgesehen ist, dass das Kältemittel während einer Aufheizphase durch die erste Verbindung 14, 16 und während einer anschliessenden stationären Phase durch die zweite Verbindung 15, 16 geführt wird. So können während der Aufheizphase Kältemittelverlagerungen vermieden werden.
  • Während in der vorliegenden Anmeldung bevorzugte Ausführungen der Erfindung beschrieben sind, ist klar darauf hinzuweisen, dass die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist und in auch anderer Weise innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche ausgeführt werden kann.

Claims (14)

  1. Trockner, insbesondere ein Haushaltswäschetrockner, umfassend
    - eine Trommel (1) zur Aufnahme von Textilien,
    - eine Wärmepumpe mit einem Kompressor (4), einem Kondensator (5), einem Verdampfer (8), einem Expansionsorgan (7) und einem Zusatzwärmetauscher (6), wobei in der Wärmepumpe ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf strömt,
    - ein Luftzirkulationssystem zur Zirkulation von Prozessluft durch die Trommel (1), den Verdampfer (8) und den Kondensator (5) zur Trocknung der Textilien in der Trommel (1),
    - eine Steuerung (9),
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf eine Verbindung (11, 14, 16) zwischen dem Kondensator (5) und dem Verdampfer (8) aufweist, auf welcher der Zusatzwärmetauscher (6) nicht angeordnet ist.
  2. Trockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zusatzwärmetauscher (6) über den Kältemittelkreislauf nur mit dem Kondensator (5) in Verbindung steht.
  3. Trockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, derart ausgestaltet, dass der Kältemittelkreislauf das Kältemittel vom Kondensator (5) in den Zusatzwärmetauscher (6) und vom Zusatzwärmetauscher (6) zurück in den Kondensator (5) führt,
    insbesondere wobei zwischen dem Kondensator (5) und dem Zusatzwärmetauscher (6) keine weiteren Komponenten der Wärmpumpe, ausser Kältemittelleitungen, angeordnet sind.
  4. Trockner nach Anspruch 3, wobei der Kondensator (5) in einen ersten Abschnitt (51) und in einen zweiten Abschnitt (52) unterteilt sind, derart, dass der Kältemittelkreislauf das Kältemittel nach Austritt aus dem ersten Abschnitt (51) zum Zusatzwärmetauscher (6) führt und nach Austritt aus dem Zusatzwärmetauscher (6) zum zweiten Abschnitt (52) des Kondensators führt,
    insbesondere wobei der erste Abschnitt (51) und der zweite Abschnitt (52) nur über den Zusatzwärmetauscher (6) miteinander verbunden sind.
  5. Trockner nach Anspruch 4, wobei das Kältemittel
    - im ersten Abschnitt (51) entweder gasförmig oder im Nassdampf-Zustand ist, und
    - im zweiten Abschnitt (52) entweder flüssig oder im Nassdampf-Zustand ist.
  6. Trockner nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der erste Abschnitt (51) eine gesamte Wärmetauschfläche aufweist, welche maximal dreifach so gross, insbesondere maximal doppelt so gross, insbesondere maximal 1.5-fach so gross, ist, wie eine gesamte Wärmetauschfläche des zweiten Abschnitts (52).
  7. Trockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bei aktivierter Wärmepumpe das Kältemittel innerhalb des Zusatzwärmetauschers (6) im Nassdampf-Zustand ist, insbesondere ab einem Zeitpunkt 45 Minuten, insbesondere 15 Minuten, insbesondere 5 Minuten, insbesondere 1 Minute, nach Aktivierung der Wärmepumpe.
  8. Trockner nach Anspruch 1, wobei der Kältemittelkreislauf eine erste Verbindung (14, 16) und eine zweite Verbindung (15, 16) zwischen Kondensator (5) und Verdampfer (8) aufweist, wobei
    - die erste Verbindung (14, 16) eine Verbindung ist, auf welcher der Zusatzwärmetauscher (6) nicht angeordnet ist, und
    - die zweite Verbindung (15, 16) eine Verbindung vom Kondensator (5) zum Verdampfer (8) ist, auf welcher der Zusatzwärmetauscher (6) angeordnet ist.
  9. Trockner nach Anspruch 8, wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, durch Umschalten eines Umschaltventils (17) das Kältemittel entweder durch die erste Verbindung (14, 16) oder durch die zweite Verbindung (15, 16) strömen zu lassen.
  10. Trockner nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu ausgestaltet ist, das Kältemittel in einer zeitlich ersten Phase eines Trocknungsprogramms durch die erste Verbindung (14, 16), und in einer zeitlich zweiten Phase eines Trocknungsprogramms durch die zweite Verbindung (15, 16) strömen zu lassen.
  11. Trockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zusatzwärmetauscher (6) ein Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ist.
  12. Trockner nach Anspruch 11, wobei der Zusatzwärmetauscher (6) einen Lüfter (61) aufweist und die Steuerung (9) derart ausgestaltet ist, dass der Lüfter (61)
    - frühestens zwei Minuten, insbesondere frühestens 15 Minuten, insbesondere frühestens 30 Minuten, insbesondere frühestens 45 Minuten, nach Aktivierung der Wärmepumpe aktiviert wird, oder
    - erst bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur des Kältemittels an einem bestimmten Ort im Kältemittelkreislauf, insbesondere am Auslass des Zusatzwärmetauschers (6) oder am Auslass des Kompressors (4), gestartet wird, insbesondere wobei die bestimmte Temperatur mindestens 40°C, insbesondere mindestens 50°C, insbesondere mindestens 60°C, insbesondere mindestens 90°C, ist.
  13. Trockner nach Anspruch 12, wobei die Leistung des Lüfters bei Überschreitung verschiedener Temperaturen des Kältemittels an einem bestimmten Ort im Kältemittelkreislauf in mehreren Schritten erhöht wird.
  14. Trockner nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Verdampfer (8) der Prozessluft Wärme entzieht und der Kondensator (5) der Prozessluft Wärme abgibt.
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