DE102007016077A1

DE102007016077A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kondensationstrockners mit einem Wärmepumpenkreis, sowie entsprechender Kondensationstrockner

Info

Publication number: DE102007016077A1
Application number: DE102007016077A
Authority: DE
Inventors: Günter Steffens
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2007-04-03
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kondensationstrockners 1 mit einer Trocknungskammer 3 für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis 2, in dem sich eine Heizung 18 zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses 19 über die zu trocknenden Gegenstände geführt wird, einem Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 und einem Wärmepumpenkreis 13, 14, 15 mit einem Verdampfer 13, einem Kompressor 14 und einem Verflüssiger 15, wobei der Wärmepumpenkreis 13, 14, 15 und die Heizung 18 mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis 2 wirken. Dabei wird die Heizleistung abhängig von zumindest einem Parameter des Wärmepumpenkreises 13, 14, 15 geregelt. Die Erfindung betrifft auch einen entsprechenden Kondensationstrockner 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kondensationstrockners mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände geführt wird, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, wobei der Wärmepumpenkreis und die Heizung mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis wirken. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen entsprechenden Kondensationstrockner.
Ein Wäschetrockner, dessen Funktionsweise auf der Kondensation der mittels warmer Prozessluft verdampften Feuchtigkeit der Wäsche aus der von der Wäsche abgeführten Prozessluft beruht – ein so genannter Kondensationstrockner –, benötigt keinen Schlauch zur Abführung der mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft und ist sehr beliebt, weil er in einem im Inneren einer Wohnung liegenden Bad oder in einer Waschküche eines größeren Wohnkomplexes verwendet werden kann. Dies gilt sowohl für einen speziell zum Trocknen von Wäsche bestimmten Wäschetrockner als auch für einen so genannten Waschtrockner, nämlich ein Gerät, das Wäsche sowohl waschen als auch trocknen kann. Jedwede nachfolgende Bezugnahme auf einen „Wäschetrockner" oder „Kondensationstrockner" gilt daher sowohl einem nur zum Trocknen als auch einem gleichermaßen zum Waschen und Trocknen bestimmten Gerät.
In einem Kondensationstrockner wird Luft (so genannte Prozessluft) durch ein Gebläse über eine Heizung in eine feuchte Wäschestücke enthaltende Trommel als Trocknungskammer geleitet. Die heiße Luft nimmt Feuchtigkeit aus den zu trocknenden Wäschestücken auf. Nach Durchgang durch die Trommel wird die nun feuchte Prozessluft in einen Wärmetauscher geleitet, dem in der Regel ein Flusenfilter vorgeschaltet ist.
Im Wärmetauscher wird die feuchte Prozessluft abgekühlt, beispielsweise durch einen separat geführten Kühlluftstrom, so dass die in der Prozessluft enthaltene Feuchtigkeit als Wasser kondensiert. Das kondensierte Wasser wird anschließend im Allgemeinen in einem geeigneten Behälter zur späteren Entsorgung gesammelt, und die abgekühlte und getrocknete Prozessluft erneut der Heizung und anschließend der Trommel zugeführt.
Bei einem mit einer Wärmepumpe ausgestatteten Kondensationstrockner erfolgt die Kühlung der warmen, mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft im Wesentlichen in einem ersten Wärmetauscher der Wärmepumpe, insbesondere einem Verdampfer, wo die übertragene Wärme zur Verdampfung eines Kältemittels verwendet wird. Solches aufgrund der Erwärmung verdampftes Kältemittel wird über einen Kompressor einem zweiten Wärmetauscher, im gegebenen Fall und nachfolgend auch „Verflüssiger" genannt, der Wärmepumpe zugeführt, wo aufgrund der Kondensation des gasförmigen Kältemittels Wärme freigesetzt wird, die wiederum zum Aufheizen der Prozessluft vor Eintritt in die Trommel verwendet wird. Das verflüssigte Kältemittel gelangt durch eine Drossel, welche seinen Druck herabsetzt, zurück zum Verdampfer, um dort unter erneutem Aufnehmen von Wärme aus der Prozessluft zu verdampfen. Ein Kompressor-Aggregat wie vorstehend beschrieben kommt vielfach als Wärmepumpe zur Anwendung. Dieses Aggregat arbeitet in der Regel optimal in einem bestimmten Temperaturbereich. Bei der Anwendung einer solchen Kompressor-Wärmepumpe im Kondensationstrockner können relativ hohe Temperaturen im Verflüssiger auftreten, die prozessbedingt dazu führen, dass der Kompressor abgeschaltet werden muss und/oder sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe verschlechtert. Dies wird noch verstärkt, wenn der Kompressor durch eine zusätzliche Heizung im Prozessluftkreis unterstützt wird, um eine schnellere und/oder höhere Aufheizung der Prozessluft und damit kürzere Trocknungszeiten zu erreichen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Kondensationstrockner in verbesserter Weise betrieben werden kann. Außerdem soll ein entsprechend ertüchtigter Kondensationstrockner geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und einen Kondensationstrockner, welcher die Merkmale des Patentanspruchs 10 aufweist, gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in abhängigen Patentansprüchen spezifiziert, wobei diesen bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners entsprechen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kondensationstrockners mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände geführt wird, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, wobei der Wärmepumpenkreis und die Heizung mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis wirken, wird die Heizleistung abhängig von zumindest einem Parameter des Wärmepumpenkreises geregelt.
Bei dem erfindungsgemäßen Kondensationstrockner mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis, in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses über die zu trocknenden Gegenstände führbar ist, einem Luft-Luft-Wärmetauscher und einem Wärmepumpenkreis mit einem Verdampfer, einem Kompressor und einem Verflüssiger, wobei der Wärmepumpenkreis und die Heizung eingerichtet sind, um mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis zu wirken, ist eine Steuer- und Regeleinheit vorgesehen, durch welche die Heizleistung abhängig von zumindest einem Parameter des Wärmepumpenkreises regelbar ist.
Durch diese Ausgestaltung kann eine wesentlich kürzere Trocknungszeit bei gegebenem oder verringertem Aufwand an Energie im Betrieb des Trockners erreicht werden.
Insbesondere können somit die Heizung und der Wärmepumpenkreis des Kondensationstrockners optimal miteinander arbeiten.
Ein Kondensationstrockner, welcher sowohl eine Wärmepumpe als auch einen Luft-Luft-Wärmetauscher aufweist, wird als Hybridtrockner bezeichnet. In einem Hybridtrockner wird ein eher kleiner Kompressor bzw. kleiner Kältekreislauf eingesetzt und die fehlende Heiz- bzw. Kondensationswärme durch eine Widerstandsheizung bzw. durch einen Luft-Luft-Wärmetauscher ergänzt. Das Gerät kann gegebenenfalls nur mit der Wärmepumpe, mit der Wärmepumpe und der Heizung oder nur mit der Heizung und dem Luft-Luft-Wärmetauscher betrieben werden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass für einen geringen Energieverbrauch die Wärmepumpe möglichst ständig während des Trocknungsprozesses eingeschaltet sein muss und die zusätzliche Heizung so auf den Kältekreislauf abgestimmt wird, dass sie mit passender Leistung und Einschaltdauer den Trocknungsprozess unterstützt, ohne dass der Kältekreislauf und somit auch der Kompressor überhitzt. Dies kann durch das erfindungsgemäße Verfahren verhindert und dadurch der optimale Betrieb gewährleistet werden.
Vorzugsweise wird die Heizleistung abhängig von einer Kondensationstemperatur des Kältemittels im Wärmepumpenkreis geregelt.
Insbesondere wird der Wert des Parameters, insbesondere der Kondensationstemperatur, in Richtung des Wärmepumpenkreises hinter dem Verflüssiger, insbesondere an einem Ausgang, an welchem das kondensierte Kältemittel den Verflüssiger verlässt, erfasst.
Eine andere bevorzugte Möglichkeit ist damit gegeben, dass der Parameter als Leistungsaufnahme des Kompressors erfasst wird. Zu diesem Zweck genügt es, entsprechende Daten der Energieversorgung des Kompressors durch die Steuer- und Regeleinheit zu erfassen, wozu gegebenenfalls ohnehin vorhandene Sensorik benutzt werden kann, und entsprechend auszuwerten.
Bevorzugt wird bei einem Überschreiten eines oberen Schwellwerts durch einen erfassten Wert des Parameters die Heizleistung vermindert, insbesondere die Heizung abgeschaltet bzw. deaktiviert.
Bevorzugt wird bei einem Unterschreiten eines unteren Schwellwerts durch einen erfassten Wert des Parameters die Heizleistung erhöht, insbesondere die Heizung aktiviert.
Neben einer diskreten Regelung der Heizleistung ist eine kontinuierliche Regelung der Heizleistung bevorzugt. Beispielsweise kann zu einer kontinuierlichen Heizungsregelung eine Phasenanschnittsregelung durchgeführt werden.
Die Heizleistung wird bevorzugt geregelt dadurch, dass eine Leistungsaufnahme der Heizung geregelt wird. Dies erfolgt gegebenenfalls mittels einer ohnehin vorhandenen Steuermöglichkeit, da ein üblicher Kondensationswäschetrockner eine Kontrolle und Begrenzung der Temperatur im Prozessluftkreislauf zwecks Vermeidung von Schäden an den zu trocknenden Gegenständen vorsieht.
Ebenfalls ist es bevorzugt, zum Regeln der Heizleistung die Leistungsaufnahme des Kompressors, welche den Betrieb des Wärmepumpenkreises und damit insbesondere die im Prozessluftkreis wirkende Heizleistung des Verflüssigers der Wärmepumpe bestimmt, zu regeln. Durch die entsprechende Regelung der Heizleistung über den Kältekreislauf der Wärmepumpe kann eine wesentlich verbesserte Abstimmung erreicht und so eine weiter verbesserte Relation zwischen Energieverbrauch und Trocknungszeit bei einem Hybridtrockner ermöglicht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Kondensationstrockner; und
2 eine schematische Darstellung des Prozessluftkreises und des Wärmepumpenkreises für die in 1 gezeigte Ausführungsform des Kondensationstrockners.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein senkrecht geschnittener Kondensationstrockner 1 gezeigt, welcher nachfolgend als Trockner 1 bezeichnet wird. Der Trockner 1 weist eine um eine horizontale Achse drehbare Trommel 3 auf, welche als Trocknungskammer 3 ausgebildet ist. Innerhalb der Trommel 3 sind Mitnehmer 4 zur Bewegung von Wäsche, während die Trommel 3 sich dreht, befestigt. Prozessluft wird mittels eines ersten Gebläses 19 über eine Heizung 18 durch die Trommel 3, einen Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 sowie eine Wärmepumpe 13, 14, 15 in einem Luftkanal 2 im geschlossenen Kreis geführt (Prozessluftkreis 2). Nach Durchgang durch die Trommel 3 wird die feuchte, warme Prozessluft abgekühlt und nach Kondensation der in der Prozessluft enthaltenen Feuchtigkeit wieder erwärmt. Dabei wird von der Heizung 18, welche einstufig oder mehrstufig sein kann, erwärmte Luft von hinten, d. h. von der einer Trocknertür 5 gegenüberliegenden Seite der Trommel 3, durch deren gelochten Boden in die Trommel 3 geleitet. Von dort kommt diese Prozessluft mit der zu trocknenden Wäsche in Berührung und strömt durch die Befüllöffnung der Trommel 3 zu einem Flusensieb 6 innerhalb der die Befüllöffnung verschließenden Trocknertür 5. Anschließend wird der Luftstrom in der Trocknertür 5 nach unten umgelenkt und von dem Luftkanal 2 zum Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 geleitet. Dort kondensiert infolge der Abkühlung die von der Prozessluft aus den Wäschestücken aufgenommene Feuchtigkeit und wird in einem in 1 gestrichelt gezeichneten Kondensat-Behälter 21 aufgefangen, von dem aus sie entsorgt werden kann.
Anschließend wird die etwas abgekühlte Prozessluft zu einem Verdampfer 13 der Wärmepumpe 13, 14, 15 geführt, wo ihr weitere Wärme entzogen und weitere Feuchtigkeit unter Bildung entsprechenden Kondensats, welches ebenfalls dem Kondensat-Behälter 21 zugeführt wird, kondensiert wird. Das dabei im Verdampfer 13 verdampfte Kältemittel dieser Wärmepumpe 13, 14, 15 wird über einen Kompressor 14 zu einem Verflüssiger 15 geleitet. Im Verflüssiger 15 verflüssigt sich das Kältemittel unter Wärmeabgabe an die Prozessluft. Das nun in flüssiger Form vorliegende Kältemittel wird anschließend zu einem Drosselventil 17 geführt und über dieses Drosselventil 17 wieder zum Verdampfer 13 geleitet, wodurch der Kältemittelkreis geschlossen ist. Die Kühlluft wird der Raumluft entnommen und nach Durchgang durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 wieder der Raumluft zugeführt. Die Luftzirkulation durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 wird durch ein zweites Gebläse 20 erzeugt. Dem zweiten Gebläse 20 ist ein Ansaugtrakt 22 sowie ein Ausblastrakt 23 bzw. Auslasstrakt 23 zugeordnet.
Die Trommel 3 ist in der in 1 gezeigten Ausführungsform am hinteren Boden mittels eines Drehlagers und vorne mittels eines Lagerschilds 7 gelagert, wobei die Trommel 3 mit einer Krempe auf einem Gleitstreifen 8 am Lagerschild 7 aufliegt und so am vorderen Ende gehalten wird.
Die Steuerung des Kondensationstrockners 1 erfolgt über eine Steuereinrichtung 10, welche einem Benutzer über eine Bedieneinheit 9 geeignete Information verfügbar macht und vom Benutzer über die Bedieneinheit 9 entsprechende Vorgaben erhält.
Darüber hinaus ist in 1 dargestellt, dass die Trommel 3 zumindest im unteren Bereich auf Rollen 16 gelagert ist, welche einem Rollenlager zugeordnet sind.
In 2 sind in schematischer Darstellung der Prozessluftkreis und der Wärmepumpenkreis für den in 1 gezeigten Kondensationstrockner 1 dargestellt. Während die Prozessluft im geschlossenen Prozessluftkreis 2 und das Kältemittel im geschlossenen Wärmepumpenkreis der Wärmepumpe 13, 14, 15 geführt wird, wird die zur Kühlung im Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 verwendete Luft der Raumluft entnommen, über das zweite Gebläse 20 zum Luft-Luft-Wärmetauscher 11, 12 geleitet und anschließend wieder der Raumluft zugeführt.
Im Wärmepumpenkreis 13, 14, 15 ist in Richtung des Kreislaufs nach dem Verflüssiger 15 und vor dem Drosselventil 17 ein Temperatursensor 24 angeordnet. Dieser Sensor 24 ist mit einer Steuer- und Regeleinheit 25 (welche insbesondere in die in 1 dargestellte Steuereinrichtung 10 integriert ist) verbunden, durch welche abhängig von dem Signal des Sensors 24 die Heizung 18, welche einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein kann, geregelt werden kann.
Im Ausführungsbeispiel ist somit vorgesehen, dass mit dem Sensor 24 die Kondensationstemperatur des Kältemittels im Wärmepumpenkreis 13, 14, 15 und somit die Kondensationstemperatur im Kältekreislauf erfasst wird.
Überschreitet diese erfasste Kondensationstemperatur einen oberen maximalen Temperatur-Schwellwert, wird die Heizleistung der Heizung 18 vermindert oder die Heizung 18 vollständig abgeschaltet. Unterschreitet der mit dem Sensor 24 erfasste Wert der Kondensationstemperatur einen unteren Temperatur-Schwellwert, wird die Heizleistung der Heizung 18 erhöht oder, wenn diese abgeschaltet ist, aktiviert. Neben einer derartig getakteten Regelung der Heizleistung der kann auch eine kontinuierliche Regelung der Heizleistung, beispielsweise eine Phasenanschnittsregelung, vorgesehen sein.
Eine Regelung der Heizleistung kann auch erfolgen unter Bestimmung einer Leistungsaufnahme des Kompressors 14, welcher über Leitungen 27 mit der Steuer- und Regeleinheit 25 verbunden ist und von dieser mit Energie versorgt wird. Die Bestimmung der Leistungsaufnahme erfolgt dabei mit ohnehin vorhandener, an sich bekannter Sensorik für elektrischen Strom und/oder elektrische Spannung, eine Darstellung dieser Sensorik erübrigt sich in vorliegendem Zusammenhang.
Ebenfalls ist es möglich, allein oder in Kombination mit einer Steuerung der Leistungsaufnahme der Heizung 18, zur Regelung der Heizleistung im Prozessluftkreislauf 2 die Leistungsaufnahme des Kompressors 14 zu steuern. Dies kann erfolgen durch eine entsprechend ertüchtigte Steuer- und Regeleinheit 25, wiederum unter Einsatz ohnehin vorhandener Elektronik, die ansonsten zur allfälligen betrieblichen Überwachung des Kompressors 14 und weiterer Komponenten des Wärmepumpenkreises 13, 14, 15 dient.
In 2 umfasst der Trockner 1 ein weiteres drittes Gebläse 26, welches zur Kühlung des Kompressors 14 vorgesehen ist und einen entsprechenden Kühlluftstrom erzeugt.
In jedem Falle erreicht man unter Anwendung der hier vorliegenden Lehre einen Prozess zur Trocknung von Gegenständen, insbesondere Wäsche, welcher sich auszeichnet durch eine Kombination von kurzer Trocknungszeit und geringem Energieverbrauch.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kondensationstrockners (1) mit einer Trocknungskammer (3) für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis (2), in dem sich eine Heizung (18) zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses (19) über die zu trocknenden Gegenstände geführt wird, einem Luft-Luft-Wärmetauscher (11, 12) und einem Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) mit einem Verdampfer (13), einem Kompressor (14) und einem Verflüssiger (15), wobei der Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) und die Heizung (18) mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis (2) wirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung abhängig von zumindest einem Parameter des Wärmepumpenkreises (13, 14, 15) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung abhängig von der Kondensationstemperatur des Kältemittels im Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter als Temperatur des Kältemittels in Richtung des Wärmepumpenkreises (13, 14, 15) hinter dem Verflüssiger (15) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter als Leistungsaufnahme des Kompressors (14) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten eines oberen Schwellwerts durch einen erfassten Wert des Parameters die Heizleistung im Prozessluftkreis (2) vermindert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unterschreiten eines unteren Schwellwerts durch einen erfassten Wert des Parameters die Heizleistung im Prozessluftkreis (2) erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung kontinuierlich geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regeln der Heizleistung eine Leistungsaufnahme der Heizung (18) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regeln der Heizleistung eine Leistungsaufnahme des Kompressors (14) geregelt wird.
Kondensationstrockner (1) mit einer Trocknungskammer (3) für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkreis (2), in dem sich eine Heizung (18) zur Erwärmung der Prozessluft befindet und die erwärmte Prozessluft mittels eines ersten Gebläses (19) über die zu trocknenden Gegenstände führbar ist, einem Luft-Luft-Wärmetauscher (11, 12) und einem Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) mit einem Verdampfer (13), einem Kompressor (14) und einem Verflüssiger (15), wobei der Wärmepumpenkreis (13, 14, 15) und die Heizung (18) eingerichtet sind, um mit einer Heizleistung im Prozessluftkreis (2) zu wirken, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regeleinheit (25) vorgesehen ist, durch welche die Heizleistung abhängig von zumindest einem Parameter des Wärmepumpenkreises (13, 14, 15) regelbar ist.