[0001] Die Erfindung betrifft ein Hausgerät zum Trocknen von Gegenständen, umfassend eine
Behandlungskammer zum Aufnehmen der Gegenstände sowie einen Prozessluftkanal, durch
welchen ein Prozessluftstrom durch die Behandlungskammer führbar ist, und welcher
ein Gebläse, einen Heizer zum Aufheizen des Prozessluftstroms vor der Behandlungskammer,
einen Luft-Luft-Wärmetauscher und einen Wärmepumpenkreis aufweist, wobei der Wärmepumpenkreis
einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf umfasst, in welchem ein Arbeitsmittel zirkulierbar
ist und in welchem ein Verdampfer, ein Kompressor, ein Verflüssiger und eine Drossel
angeordnet sind, wobei der Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels unter Abkühlen
des von der Behandlungskammer abgeströmten Prozessluftstroms und der Verflüssiger
zum Verflüssigen des Arbeitsmittels unter Aufheizen des die Behandlungskammer anströmenden
Prozessluftstroms in den Prozessluftkanal integriert sind.
[0002] Ein solches Hausgerät geht hervor aus der
DE 42 16 106 A1. Dort ist ein Wäschetrockner beschrieben, in welchem ein Prozessluftstrom, der die
Gegenstände trocknet, in einem im Wesentlichen geschlossenen Kreislauf geführt wird,
so dass der Wäschetrockner als Kondensationstrockner ausgestaltet ist. In diesem geschlossenen
Kreislauf angeordnet sind ein üblicher elektrischer Heizer und ein üblicher Luft-Luft-Wärmetauscher,
sowie zusätzlich ein Wärmepumpenkreis. Deshalb kann dieser Wäschetrockner auch als
"Hybridtrockner" oder "Hybrider Kondensationstrockner" bezeichnet werden.
[0003] Zum Stand der Technik betreffend Hausgeräte zum Trocknen mit Wärmepumpenkreisen sei
weiter verwiesen auf die
EP 0 467 188 B1 und die
WO 2006/029953 A1; erstgenannte Schrift betrifft die Anwendung eines Wärmepumpenkreises in einem Wäschetrockner,
zweitgenannte Schrift eine solche Anwendung in einem Geschirrspüler.
[0004] Hingewiesen wird auch auf die Dokumente
EP 1 672 294 A2 und
EP 1 672 294 A2, welche Klimaanlagen mit Wärmepumpenkreisen betreffen. Ein solcher Wärmepumpenkreis
ähnelt insbesondere hinsichtlich der Temperaturen, die bei regulärem Betrieb in ihm
auftreten, einem Wärmepumpenkreis, wie er eingangs als Komponente in einem Hausgerät
zum Trocknen von Gegenständen beschrieben ist.
[0005] Aus der
WO 2007/141166 A1 geht ein Hausgerät in Form einer Vorrichtung zum Trocknen von Waschgut hervor, welche
unter anderem einen Wärmepumpenkreis aufweist. Der Wärmepumpenkreis ist insbesondere
eine thermoelektrische Wärmepumpe. Zusätzlich enthält die Vorrichtung einen konventionellen
Heizer und einen konventionellen Luft-Luft-Wärmetauscher. Für den Wärmepumpenkreis
sowie den Heizer und den Luft-Luft-Wärmetauscher sind Angaben zur bevorzugten betrieblichen
Leistungsabgabe bzw. Leistungsaufnahme genannt.
[0006] Aus dem Dokument "Application of Danfoss Hermetic Compressors", welches am 26. Juli
2007 von folgender Internet-Adresse
http
://comp
ressors.danfoss.com/service supp
ort/service supp
ort index.htm herunterladbar war, geht Information über Kompressoren, die in Wärmepumpenkreisen
des eingangs definierten Typs bzw. Kühl-, Gefrier- oder Klimaanlagen einsetzbar sind,
hervor. Demnach hat ein gegebener Kompressor eine Kenngröße, welche sich auf den Temperaturbereich
oder Druckbereich, in welchem die Verdampfung des Arbeitsmittels, welches der Kompressor
im Rahmen seiner Anwendung zu komprimieren hat, bezieht. Demnach lautet die Kenngröße
für einen Kompressor für eine Gefrieranlage mit niedriger Verdampfungstemperatur "LBP"
("low back pressure"), für einen Kompressor für eine Kühlanlage "MBP" ("medium back
pressure") und für einen Kompressor für eine Klimaanlage oder Wärmepumpe "HBP" ("high
back pressure").
[0007] Bislang ist eine erfolgreiche Vermarktung eines hybriden Hausgerätes der eingangs
definierten Gattung nicht gelungen, da ein solches Hausgerät einen eher komplizierten
Aufbau hat und gegenüber einem einfacher, insbesondere ohne Wärmepumpenkreis oder
mit Wärmepumpenkreis, aber ohne Wärmetauscher aufgebauten Gerät im Nachteil ist.
[0008] Vorliegende Erfindung geht deshalb unter anderem aus von der Aufgabe, ein gattungsgemäßes
hybrides Hausgerät so weiterzubilden, dass es trotz prinzipiell erhöhten Aufwandes
mit guter Erfolgsaussicht vermarktbar ist.
[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe angegeben wird ein Hausgerät zum Trocknen von Gegenständen,
umfassend eine Behandlungskammer zum Aufnehmen der Gegenstände sowie einen Prozessluftkanal,
durch welchen ein Prozessluftstrom durch die Behandlungskammer führbar ist, und welcher
ein Gebläse, einen Heizer zum Aufheizen des Prozessluftstroms vor der Behandlungskammer,
einen Luft-Luft-Wärmetauscher und einen Wärmepumpenkreis aufweist, wobei der Wärmepumpenkreis
einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf umfasst, in welchem ein Arbeitsmittel zirkulierbar
ist und in welchem ein Verdampfer, ein Kompressor, ein Verflüssiger und eine Drossel
angeordnet sind, wobei der Verdampfer zum Verdampfen des Arbeitsmittels unter Abkühlen
des von der Behandlungskammer abgeströmten Prozessluftstroms und der Verflüssiger
zum Verflüssigen des Arbeitsmittels unter Aufheizen des die Behandlungskammer anströmenden
Prozessluftstroms in den Prozessluftkanal integriert sind, bei welchem Hausgerät der
Kompressor zur Aufnahme einer Leistung zwischen 200 W und 500 W und der Heizer für
eine thermische Leistung zwischen 300 W und 3500 W ausgelegt ist, und bei welchem
Hausgerät der Kompressor eingerichtet ist zur Anwendung in einem Hausgerät zum Gefrieren
von Gegenständen oder in einer Klimaanlage.
[0010] Der Kompressor im erfindungsgemäßen Hausgerät ist eingerichtet zur Anwendung in einem
Hausgerät zum Gefrieren von Gegenständen oder einer Klimaanlage. Bei einem solchen
Kompressor handelt es sich insbesondere um einen Kompressor mit der eingangs erwähnten
Kenngröße "LBP", die die Bestimmung für eine Gefrieranwendung impliziert, wohingegen
der erfindungsgemäßen Anwendung die Kenngröße "HBP" zukommt - dies wegen der in der
Regel deutlich über 0 °C liegenden Verdampfungstemperatur des Arbeitsmittels im erfindungsgemäßen
Hausgerät. Damit ist die Verwendung eines Massenprodukts in dem erfindungsgemäßen
Hausgerät erschlossen; es sei bemerkt, dass erfindungsgemäß außer dem Kompressor auch
andere Komponenten des Wärmepumpenkreises, insbesondere der Verflüssiger, zur Realisierung
mit billig verfügbaren Massenprodukten für Kühl-, Gefrier- oder Klimaanwendungen in
Betracht kommen.
[0011] Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass sich die Energiebilanz eines herkömmlichen
Kondensationstrockners ohne Wärmepumpenanlage bereits durch Hinzufügung eines kleinen
Wärmepumpenkreises, welcher bestimmungsgemäß nur einen Teil der insgesamt zum Trocknen
der Gegenstände aufgebrachten Wärme aus dem von den Gegenständen abströmenden, mit
Feuchte beladenen Prozessluft zurückgewinnt, so weit verbessern lässt, dass der entstandene
hybride Trockner der in Westeuropa geläufigen besten Energieverbrauchsklasse, nämlich
der Klasse A, zuteilbar ist und damit gegenüber einem herkömmlichen Trockner ohne
Wärmepumpenkreis einen marktrelevanten und für Endnutzer erkennbaren Vorteil erhält.
Die Erfindung geht weiter aus von der Erkenntnis, dass sich ein solcher kleiner Wärmepumpenkreis
aus Komponenten zusammensetzen lässt, die für Wärmepumpenkreise in Kühl-, insbesondere
Gefrier-, und Klimaanlagen üblich und als Massenprodukte billig verfügbar sind. Es
entfallen deshalb sowohl Entwicklungs- und Konstruktionsaufwand für einen entsprechend
leistungsfähigen Wärmepumpenkreis, welcher für einen im Wesentlichen nur mit dem Wärmepumpenkreis
arbeitenden Trockner erforderlich wäre, und auch ein Kostennachteil, der für entsprechende
speziell entwickelte Komponenten abseits des gewöhnlichen Angebots an Massenprodukten
in Kauf zu nehmen wäre. Somit ist es möglich, beim Bau des erfindungsgemäßen hybriden
Hausgeräts Kostenvorteile durch Verwendung marktüblicher Komponenten zu nutzen und
dem Endverbraucher weiterzugeben.
[0012] Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hausgeräts ist der Heizer
für eine thermische Leistung zwischen 500 W und 2500 W ausgelegt. Dadurch ist der
Heizer flexibel im Betrieb; er kann genutzt werden zur schnellen Aufheizung des Prozessluftkanals
bei einer Inbetriebnahme des Hausgeräts, womit er einen grundsätzlichen Nachteil eines
herkömmlichen Trockners mit Wärmepumpenkreis überwindet, und er kann in seiner Leistung
zurückgesteuert werden, um der Rückführung von Wärme in den Prozessluftkanal durch
den Wärmepumpenkreis gerecht zu werden.
[0013] Eine ebenfalls bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Hausgeräts ist dadurch
ausgezeichnet, dass der Kompressor zur Aufnahme einer Leistung zwischen 300 W und
400 W ausgelegt ist. Dies setzt einen Standard für einen Beitrag, den der Wärmepumpenkreis
zum Aufbringen von Wärme in dem Hausgerät liefert, welcher Beitrag zur Erlangung der
Energieverbrauchsklasse A angemessen ist.
[0014] Der Kompressor im erfindungsgemäßen Hausgerät ist vorzugsweise ein Rotationskompressor.
Rotationskompressoren sind bekannt in verschiedenen Bauarten, insbesondere als Drehschieber-,
Sperrschieber- und Turbo-Kompressoren. Alle diese Bauarten zeichnen sich aus insbesondere
durch geräusch- und vibrationsarmen Lauf sowie hohen Wirkungsgrad.
[0015] Besonders bevorzugt ist es auch, dass in dem erfindungsgemäßen Hausgerät der Wärmepumpenkreis
einen Pumpfaktor zwischen 1,5 und 2 aufweist.
[0016] Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hausgeräts sieht vor, dass der Arbeitsmittelkreislauf
ein Arbeitsmittel enthält, welches eine kritische Temperatur zwischen 60 °C und 100°C
sowie eine Verdampfungswärme am Siedepunkt unter Normaldruck von zumindest 220 kJ/kg
aufweist. Als solches Arbeitsmittel kommen übliche "Kältemittel" in Frage, insbesondere
die unter entsprechenden ASHRAE- und DIN-Standards so bezeichneten Verbindungen oder
Gemische R22, R290, R134a, R407C und R410A - wobei der Einsatz des sowohl Chlor als
auch Fluor enthaltenden R22 unter Aspekten des Umweltschutzes und der Einsatz des
R290, nämlich Propan, unter Aspekten der Feuersicherheit unter Umständen problematisch
wäre.
[0017] Im Rahmen einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hausgeräts ist der Wärmetauscher
zum Entziehen einer thermischen Leistung zwischen 1000W und 2000 W und vorzugsweise
zum Entziehen einer thermischen Leistung von etwa 1500 W aus dem Prozessluftstrom
ausgelegt.
[0018] Besonders bevorzugt ist auch eine Ausgestaltung, in welcher das erfindungsgemäße
Hausgerät ein Wäschetrockner ist.
[0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Die Zeichnung stellt die verschiedenen Kanäle und Komponenten des Haushaltsgerätes
in schematischer Weise dar. Für weitere Hinweise zur Realisierung eines solchen Hausgerätes
wird auf die zitierten Dokumente des Standes der Technik verwiesen.
[0020] Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Hausgerät 1, welches konkret ein Wäschetrockner
1 ist. Das Hausgerät ist bestimmt zum Trocknen von Gegenständen 2, im vorliegenden
Fall feuchten Wäschestücken 2. Diese Gegenstände 2 befinden sich in einer Behandlungskammer
3, welche eine drehbare Trommel ist und welche die zu trocknenden Gegenstände 2 bei
ihrer Bewegung auflockert und umeinander fallen lässt, und werden von einem Prozessluftstrom
umströmt, welcher in einem Prozessluftkanal 4 mittels eines Gebläses 5 in einem im
Wesentlichen geschlossenen Kreislauf getrieben wird. "Im Wesentlichen geschlossen"
bedeutet dabei, dass es zwischen dem Prozessluftkanal 4 und einer Umgebung des Hausgerätes
1 keinerlei wesentliche Druckdifferenz gibt, wobei gleichwohl aber kein Austausch
von Luft zwischen dem Prozessluftkanal 4 und der Umgebung des Hausgerätes 1 in wesentlichem
Umfange stattfindet. Neben dem Gebläse 5 sind in dem Prozessluftkanal 4 ein Heizer
6 und ein Luft-Luft-Wärmetauscher 7 angeordnet. Der Heizer 6 dient zum Aufheizen des
Prozessluftstroms, bevor dieser die Behandlungskammer 3 durchströmt, und der Luft-Luft-Wärmetauscher
7 zum Abkühlen des Prozessluftstroms, nachdem dieser von der Behandlungskammer 3 abgeströmt
ist. Der Wärmetauscher 7 ist Bestandteil sowohl des Prozessluftkanals 4 als auch eines
Kühlluftkanals 8, in welchem ein zweites Gebläse 9 Luft aus der Umgebung des Hausgerätes
1 ansaugt und durch den Wärmetauscher 7 sowie zurück in die Umgebung des Hausgerätes
1 treibt. Beim Abkühlen des Prozessluftstroms im Wärmetauscher 7 kondensiert aus dem
Prozessluftstrom Feuchtigkeit aus, welche dieser in der Behandlungskammer 3 von den
Gegenständen 2 aufgenommen hat. Diese Feuchtigkeit schlägt sich im Wärmetauscher 7
nieder und fließt durch ein entsprechend vorgesehenes Gefälle und/oder bei Bedarf
unterstützt durch eine (nicht dargestellte) Kondensatpumpe einem Kondensatsammler
10 zu. Von dort kann die gesammelte Feuchtigkeit nach Beendigung des Trocknungsprozesses
entsorgt werden.
[0021] Zusätzlich zu dem Heizer 6 und dem Wärmetauscher 7 ist der Prozessluftkanal 4 mit
einem Wärmepumpenkreis 11, 12, 13, 14, 15 gekoppelt. Dieser Wärmepumpenkreis 11, 12,
13, 14, 15 umfasst einen geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf 11, in welchem ein Arbeitsmittel
zirkulierbar ist. Weiter umfasst er einen Verdampfer 12, in welchem das Arbeitsmittel
unter Aufnahme von Wärme aus dem Prozessluftkanal 4 verdampfbar ist, einen Kompressor
13, welcher das verdampfte Arbeitsmittel von dem Verdampfer 12 zu einem Verflüssiger
14 fördert und dazu komprimiert, sowie eine Drossel 15 in Form eines Stellventils,
einer Blende oder einer Kapillare, welche den Druck des verflüssigten Arbeitsmittels
reduziert, damit dieses im Verdampfer 12, den es hinter der Drossel 15 anströmt, wieder
verdampfen kann. Der Verflüssiger 14 ist bestimmt zum Verflüssigen des komprimierten
Arbeitsmittels unter Aufheizen des im Prozessluftkanal 4 zirkulierenden Prozessluftstroms,
bevor dieser zur Behandlungskammer 3 gelangt. Da im Verdampfer 12 des Prozessluftstrom
wieder abgekühlt wird, kondensiert im Verdampfer 12 ebenfalls Feuchtigkeit aus dem
Prozessluftstrom aus. Diese Feuchtigkeit fließt ebenfalls über ein geeignet vorgesehenes
natürliches Gefälle und/oder unterstützt von besagter, nicht dargestellter Kondensatpumpe,
dem Kondensatsammler 10 zur späteren Entsorgung zu.
[0022] Nicht dargestellt sind Mittel, um Flusen, welche der Prozessluftstrom den Wäschestücken
2 entreißt und im Prozessluftkanal 4 mitführt, aufzufangen. Entsprechende Mittel,
insbesondere Flusenfilter, sind allgemein bekannt und müssen in dem Wäschetrockner
1 vorgesehen werden, um unzuträgliche Verschmutzung des Wärmetauschers 7 und/oder
des Verdampfers 12 zu vermeiden. Diese beiden Komponenten sind besonders gefährdet,
da in ihnen Feuchtigkeit anfällt, welche die Flusen in einen feuchten Film einbindet,
welcher die Komponenten überzieht und den Wärmeaustausch mit der Kühlluft bzw. dem
Arbeitsmittel behindert. Zur vorliegenden Erläuterung ist ein Flusenfilter allerdings
nicht erforderlich und wurde deshalb der Übersicht halber nicht dargestellt.
[0023] Von Bedeutung ist vorliegend die Verteilung der Heiz- und Kühlleistung zwischen dem
Heizer 6 und dem Wärmetauscher 7 einerseits und dem Wärmepumpenkreis 11 bis 15 andererseits.
Demnach ist vorgesehen, dass der Kompressor 13, welcher die thermischen Leistungsdaten
des Wärmepumpenkreises 11 bis 15 wesentlich bestimmt, zur Aufnahme einer Leistung
zwischen 200 Watt und 500 Watt, insbesondere zwischen 300 Watt und 400 Watt, ausgelegt
ist. Gleichermaßen ist der Heizer 6 ausgelegt für eine thermische Leistung zwischen
300 Watt und 3500 Watt, vorzugsweise zwischen 500 Watt und 2500 Watt. Der Wärmetauscher
7 hingegen ist ausgelegt zum Entziehen einer thermischen Leistung zwischen 1000 Watt
und 2000 Watt, vorzugsweise etwa 1500 Watt, aus dem Prozessluftstrom. Der Wärmepumpenkreis
11 bis 15 hat dabei einen Pumpfaktor zwischen 1,5 und 2. Als Arbeitsmittel kommt insb.
ein solches Arbeitsmittel in Betracht, welches eine kritische Temperatur zwischen
60 °C und 100 °C, sowie eine Verdampfungswärme am Siedepunkt unter Normaldruck von
zumindest 220 kJ pro Kg aufweist.
[0024] Mit diesen Leistungsdaten kann das Hausgerät 1 einen spezifischen Energieverbrauch
im Trocknungsprozess erreichen, welcher niedrig genug ist, um das Hausgerät 1 der
Energieverbrauchsklasse A zuzuordnen. Zusätzlich kann als Kompressor 13 ein Typ verwendet
werden, welcher eingerichtet ist zur Anwendung in einem Hausgerät zum Gefrieren von
Gegenständen oder in einer Klimaanlage und vorzugsweise ein Rotationskompressor ist.
Solche Typen sind zur Anwendung in Gefriergeräten und Klimaanlagen als Massenprodukte
billig verfügbar, weshalb das vorliegend beschriebene Hausgerät 1 trotz eines vergleichsweise
hohen baulichen Aufwandes zu einem günstigen Preis gefertigt und vermarktet werden
kann.
[0025] Somit schafft die hierin beschriebene Erfindung einen äußerst vorteilhaften Kompromiss
zwischen geringstmöglichem Energieverbrauch und geringstmöglichen Kosten, und schafft
somit ein besonders günstiges Hausgerät.
1. Hausgerät (1) zum Trocknen von Gegenständen (2), umfassend eine Behandlungskammer
(3) zum Aufnehmen der Gegenstände (2) sowie einen Prozessluftkanal (4), durch welchen
ein Prozessluftstrom durch die Behandlungskammer (3) führbar ist, und welcher ein
Gebläse (5), einen Heizer (6) zum Aufheizen des Prozessluftstroms vor der Behandlungskammer
(3), einen Luft-Luft-Wärmetauscher (7) und einen Wärmepumpenkreis (11, 12, 13, 14,
15) aufweist, wobei der Wärmepumpenkreis (11, 12, 13, 14, 15) einen geschlossenen
Arbeitsmittelkreislauf (11) umfasst, in welchem ein Arbeitsmittel zirkulierbar ist
und in welchem ein Verdampfer (12), ein Kompressor (13), ein Verflüssiger (14) und
eine Drossel (15) angeordnet sind, wobei der Verdampfer (12) zum Verdampfen des Arbeitsmittels
unter Abkühlen des von der Behandlungskammer (3) abgeströmten Prozessluftstroms und
der Verflüssiger (14) zum Verflüssigen des Arbeitsmittels unter Aufheizen des die
Behandlungskammer (3) anströmenden Prozessluftstroms in den Prozessluftkanal (4) integriert
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor (13) zur Aufnahme einer Leistung zwischen 200 W und 500 W und der
Heizer (6) für eine thermische Leistung zwischen 300 W und 3500 W ausgelegt ist, und
dass der Kompressor (13) eingerichtet ist zur Anwendung in einem Hausgerät zum Gefrieren
von Gegenständen oder in einer Klimaanlage.
2. Hausgerät (1) nach Anspruch 1, bei dem der Heizer (6) für eine thermische Leistung
zwischen 500 W und 2500 W ausgelegt ist.
3. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Kompressor (13) zur Aufnahme
einer Leistung zwischen 300 W und 400 W ausgelegt ist.
4. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Kompressor (13) ein Rotationskompressor
(13) ist.
5. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Wärmepumpenkreis (11,
12, 13, 14, 15) einen Pumpfaktor zwischen 1,5 und 2 aufweist.
6. Hausgerät (1) nach Anspruch 5, bei dem Arbeitsmittelkreislauf (11) ein Arbeitsmittel
enthält, welches eine kritische Temperatur zwischen 60 °C und 100°C sowie eine Verdampfungswärme
am Siedepunkt unter Normaldruck von zumindest 220 kJ/kg aufweist.
7. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der Wärmetauscher (7) zum
Entziehen einer thermischen Leistung zwischen 1000W und 2000 W aus dem Prozessluftstrom
ausgelegt ist.
8. Hausgerät (1) nach Anspruch 7, bei dem der Wärmetauscher (7) zum Entziehen einer thermischen
Leistung von etwa 1500 W aus dem Prozessluftstrom ausgelegt ist.
9. Hausgerät (1) nach einem der vorigen Ansprüche, welches ein Wäschetrockner (1) ist.