DE102019121400A1 - Heat pump clothes dryer or heat pump washer dryer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Wärmepumpenwäschetrockner (1) oder einen Wärmepumpenwaschtrockner (1) mit einer Wäschetrommel, welche ausgebildet ist, zu trocknende Wäsche aufzunehmen, und mit einem Wärmepumpenkreislauf, welcher ausgebildet ist, die Prozessluft eines Prozessluftkreislauf zu entfeuchten und zu erwärmen, wobei der Prozessluftkreislauf ausgebildet ist, die Prozessluft von dem Wärmepumpenkreislauf zur Wäschetrommel und zurück zum Wärmepumpenkreislauf zu fördern, wobei der Wärmepumpenkreislauf einen Kompressor (3) aufweist, ferner mit einem Kompressorgebläse (2), welches ausgebildet ist, dem Kompressor (3) mittels wenigstens eines Gebläserads (21) Umgebungsluft (A) zuzuführen, wobei das Kompressorgebläse (2) einen Wechselstrommotor (20) aufweist, welcher ausgebildet ist, das Gebläserad (21) anzutreiben, ferner mit einer Steuerungseinheit (22), welche ausgebildet ist, eine Ist-Temperatur eines Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs zu erhalten und die Drehzahl des Wechselstrommotors (20) in Abhängigkeit der Ist-Temperatur des Kältemittels und einer Soll-Temperatur des Kältemittels zu regeln. Der Wärmepumpenwäschetrockner (1) oder der Wärmepumpenwaschtrockner (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (22) einen Wechselstromsteller (23) aufweist, welcher ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zum Betreiben des Wechselstrommotors (20) bereitzustellen, wobei die Steuerungseinheit (22) ausgebildet ist, den Wechselstromsteller (23) in Abhängigkeit der Ist-Temperatur des Kältemittels und der Soll-Temperatur des Kältemittels zu regeln.The invention relates to a heat pump tumble dryer (1) or a heat pump washer dryer (1) with a washing drum, which is designed to hold laundry to be dried, and with a heat pump circuit, which is designed to dehumidify and heat the process air of a process air circuit, the process air circuit being formed is to convey the process air from the heat pump circuit to the laundry drum and back to the heat pump circuit, wherein the heat pump circuit has a compressor (3), further with a compressor fan (2), which is designed, the compressor (3) by means of at least one impeller (21) To supply ambient air (A), the compressor fan (2) having an alternating current motor (20) which is designed to drive the fan wheel (21), further with a control unit (22) which is designed to determine an actual temperature of a refrigerant of the heat pump circuit to get and the speed of the alternating current To regulate otors (20) as a function of the actual temperature of the refrigerant and a target temperature of the refrigerant. The heat pump washer dryer (1) or the heat pump washer dryer (1) is characterized in that the control unit (22) has an AC power controller (23) which is designed to provide a supply voltage for operating the AC motor (20), the control unit (22) being designed is to regulate the AC power controller (23) depending on the actual temperature of the refrigerant and the target temperature of the refrigerant.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Steuerungseinheit zur Verwendung bei einem derartigen Wärmepumpenwäschetrockner oder bei einem derartigen Wärmepumpenwaschtrockner gemäß dem Patentanspruch 15.The invention relates to a heat pump washer dryer or a heat pump washer dryer according to the preamble of
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.With many electrical devices nowadays, the user pays great attention to energy efficiency, so that the energy efficiency of an electrical device in operation can be a significant factor in the purchase decision of the user as the end customer. This also applies to household appliances in general and in particular household appliances such as tumble dryers or washer-dryers, which can have a comparatively high energy requirement during operation.
Um gerade bei Wäschetrocknern und Waschtrocknern eine möglichst hohe Energieeffizienz im Betrieb zu erreichen, werden diese üblicherweise als Wärmepumpengeräte ausgeführt, da Wärmepumpen grundsätzlich vergleichsweise energieeffizient betrieben werden können. Wärmepumpenwäschetrockner und Wärmepumpenwaschtrockner sind daher am Markt weit verbreitet.In order to achieve the highest possible energy efficiency in operation, especially with tumble dryers and washer dryers, these are usually designed as heat pump devices, since heat pumps can basically be operated in a comparatively energy-efficient manner. Heat pump tumble dryers and heat pump washer dryers are therefore widespread on the market.
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, durch welche hindurch ein Kältemittel gefördert werden kann. Diese Elemente können daher auch als Kältemittelkreislauf oder als Kältekreislauf bezeichnet werden. Über diesen Wärmepumpenkreislauf kann der Prozessluft des Wäschetrockners, welche in einem geschlossenen Prozessluftkreislauf verläuft, die Feuchtigkeit entzogen werden, die zuvor der Wäsche entzogen wurde.A heat pump basically consists of a closed heat pump circuit with a compressor (also called compressor), a condenser (also called condenser), a throttle such as an expansion valve or a capillary and an evaporator through which a refrigerant can be conveyed. These elements can therefore also be referred to as a refrigerant circuit or a refrigeration circuit. This heat pump circuit can be used to remove the moisture that was previously removed from the laundry from the process air of the tumble dryer, which runs in a closed process air circuit.
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.From the point of view of the process air circuit, the process air previously dehumidified and heated by the heat pump circuit, i.e. dried and heated, is fed via a fan of the heat pump circuit, the process air fan, through an air supply channel into a laundry drum of the tumble dryer. In the laundry drum, the laundry to be dried is usually moved by rotation by means of a drum drive so that the process air can reach the laundry as completely and evenly as possible. The process air absorbs moisture from the laundry and thereby dries it. The moist process air then returns to the heat pump circuit via an air return duct.
Innerhalb der Wärmepumpe wird im Verdampfer die der Wäsche entzogene Feuchtigkeit aus der Prozessluft kondensiert und in flüssiger Form als Kondensat 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.Inside the heat pump, the moisture extracted from the laundry is condensed from the process air in the evaporator and discharged to the outside in liquid form as condensate. The energy extracted from the process air is then fed back into the process air through the condenser, so that the process air, dehumidified and heated, can leave the heat pump circuit in the direction of the laundry drum. The process air cycle is closed in this way.
Die Wärmepumpe wird üblicherweise auf einer sogenannten Grundplatte des Wäschetrockners angeordnet und bildet zusammen mit der Grundplatte das Bodenmodul des Wäschetrockners. Der Prozessluftkanal mit dem Verdampfer und dem Verflüssiger des Wärmepumpenkreislaufs sind üblicherweise links auf der Grundplatte angeordnet, von Vorne aus der Sicht eines Benutzers betrachtet. Rechts daneben befinden sich üblicherweise der Kompressor und die Drossel des Wärmepumpenkreislaufs sowie das Prozessluftgebläse, welches die Prozessluft des Prozessluftkreislaufs zirkulieren lässt.The heat pump is usually arranged on a so-called base plate of the tumble dryer and, together with the base plate, forms the floor module of the tumble dryer. The process air duct with the evaporator and the condenser of the heat pump circuit are usually arranged on the left on the base plate, viewed from the front from the perspective of a user. To the right of this are usually the compressor and the throttle of the heat pump circuit as well as the process air fan, which allows the process air of the process air circuit to circulate.
Beim Betrieb eines Wärmepumpentrockners kann durch den Kompressor auf Grund der inneren Verluste zusätzliche Wärmeenergie erzeugt werden. Diese Wärmeenergie kann in den Wärmepumpenkreislauf 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.When operating a heat pump dryer, the compressor can generate additional thermal energy due to the internal losses. This thermal energy can get into the heat pump circuit and contribute to the fact that the refrigerant continues to heat up until it overheats and the compressor can shut down. This can lead to the complete failure of the heat pump device.
Um dies zu vermeiden ist es ratsam, den Wärmepumpenkreislauf in einem engen thermischen Arbeitsbereich zu betreiben. Daher 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. Mit anderen Worten kann eine Überhitzung des Wärmepumpenkreislaufs und insbesondere des Kompressors dadurch vermieden werden, indem die Steuerungseinheit des Wäschetrockners bei Bedarf die Temperatur des Kompressors über Zuschalten eines weiteren Gebläses als Kompressorgebläse reguliert, welches üblicherweise im unteren Bereich der Vorderwand des Wäschetrockners auf der Grundplatte integriert ist. Das Kompressorgebläse kann im Betrieb Umgebungsluft in den Wäschetrockner einsaugen und diese über den Kompressor sowie über den Trommelantrieb blasen, welcher üblicherweise gleichzeitig das Prozessluftgebläse antreibt. Dieser Luftstrom kann dann unterhalb des Trommel- und Prozessluftgebläseantriebs wieder aus dem Wäschetrockner austreten. Das Kompressorgebläse ist üblicherweise als separate und autarke Funktionseinheit ausgeführt und kann auch als Kühlluftgebläse bezeichnet werden.To avoid this, it is advisable to operate the heat pump circuit in a narrow thermal working area. It is therefore known to cool the compressor or to dissipate the excess heat energy. For this purpose, a compressor fan can be used, which directs air from the interior of the heat pump device onto the compressor and can thereby increase the heat output of the compressor to the environment. In other words, overheating of the heat pump circuit and in particular of the compressor can be avoided by the fact that the control unit of the tumble dryer regulates the temperature of the compressor by switching on a further blower as a compressor fan, which is usually integrated in the lower area of the front wall of the tumble dryer on the base plate . During operation, the compressor fan can suck in ambient air into the tumble dryer and blow it over the compressor and over the drum drive, which usually drives the process air fan at the same time. This air flow can then exit the tumble dryer again below the drum and process air fan drive. The compressor fan is Usually designed as a separate and self-sufficient functional unit and can also be referred to as a cooling air fan.
Mit anderen Worten wird üblicherweise in einem Wärmepumpentrockner ein Kühlluftgebläse eingesetzt, um die überschüssige Energie aus dem Wärmepumpenkreislauf abzuführen. Hierzu wird das Kältemittel auf einen bestimmen Temperatursollwert geregelt.In other words, a cooling air fan is usually used in a heat pump dryer in order to dissipate the excess energy from the heat pump circuit. For this purpose, the refrigerant is regulated to a specific temperature setpoint.
Die Einstellung und Ermittlung eines genauen Temperatursollwerts des Kältemittels kann für eine möglichst effiziente Auslegung des Trocknungsprozesses sowie für die Abstimmung der verbauten Komponenten des Wärmepumpenkreislaufs aufeinander wichtig sein. Die überschüssige Laufzeit des Kühlluftgebläses bis zum Erreichen eines unteren Grenzwerts einer Zweipunktregelung des Kühlluftgebläses kann die Energiebilanz der Wärmepumpe und damit des gesamten Wärmepumpengerätes beeinträchtigen und somit den gesamten Energieverbrauch erhöhen. Die Trockenzeit kann ebenfalls durch eine falsche Parametrierung und Auslegung der Wärmepumpe negativ beeinflusst werden, wenn der Ist-Wert der Temperatur des Kältemittels im Wärmepumpenkreislauf dauerhaft von einem ermittelten Soll-Wert des Kältemittels abweicht.The setting and determination of an exact temperature setpoint of the refrigerant can be important for the most efficient possible design of the drying process as well as for the coordination of the built-in components of the heat pump circuit. The excess running time of the cooling air fan until a lower limit value of a two-point control of the cooling air fan is reached can impair the energy balance of the heat pump and thus the entire heat pump device and thus increase the overall energy consumption. The drying time can also be negatively influenced by incorrect parameterization and design of the heat pump if the actual value of the temperature of the refrigerant in the heat pump circuit permanently deviates from a determined target value of the refrigerant.
Als Kompressorgebläse bzw. Kühlluftgebläse ist zum einen die Verwendung wechselstrombetriebener Gebläse (AC-Kühlluftgebläse) bekannt. Die Ansteuerung für das AC-Kühlluftgebläse seitens einer Leistungselektronik übernimmt üblicherweise ein Relais, welches die Versorgungsspannung eines Spaltpolmotors direkt schaltet. Das Steuersignal eines Mikrocontrollers des AC-Kühlluftgebläses wird üblicherweise mit einem NPN-Darlinqton-Transistor auf ein Spannungsniveau von 15 V angehoben. Das Relais benötigt üblicherweise eine Steuerspannung von mindestens 12 V zum sicheren Schalten der Lastkontakte.The use of alternating current-operated fans (AC cooling air fans) is known as the compressor fan or cooling air fan. The control for the AC cooling air fan on the part of power electronics is usually performed by a relay that switches the supply voltage of a shaded-pole motor directly. The control signal of a microcontroller for the AC cooling air fan is usually raised to a voltage level of 15 V with an NPN Darlinqton transistor. The relay usually requires a control voltage of at least 12 V for safe switching of the load contacts.
Die Ermittlung der Stellgröße erfolgt üblicherweise durch einen Vergleich der gemessenen Kältemitteltemperatur an einer Messstelle mit den eingestellten Grenzwerten des Zweipunktreglers. Überschreitet die Kältemitteltemperatur den oberen Grenzwert, so wird der Ausgang des Mikrocontrollers auf „High“ geschaltet, sodass das Relais anzieht und der Spaltpolmotor mit Nenndrehzahl läuft. Wird der eingestellte Grenzwert unterschritten, so schaltet der Mikrocontroller den Ausgang auf „Low“ und das Relais fällt ab.The manipulated variable is usually determined by comparing the measured refrigerant temperature at a measuring point with the set limit values of the two-point controller. If the refrigerant temperature exceeds the upper limit value, the output of the microcontroller is switched to "High" so that the relay picks up and the shaded-pole motor runs at its nominal speed. If the set limit value is not reached, the microcontroller switches the output to "Low" and the relay drops out.
Der größte Vorteil dieses Systems liegt in der kostengünstigen Ansteuerung des Wechselstrommotors und in dem geringen Preis des Spaltpolmotors als Wechselstrommotor selbst.The greatest advantage of this system lies in the cost-effective control of the AC motor and in the low price of the shaded pole motor as an AC motor itself.
Nachteilig bei dem zuvor beschriebenen System eines AC-Gebläses mit Spaltpolmotor und Zweipunkt-Regler ist vor allem die schlechte Regelbarkeit der Kältemitteltemperatur. Die schwankende Ist-Temperatur des Kältemittels kann negative Auswirkungen auf den Energieverbrauch des gesamten Systems haben. Mit jedem Abkühlvorgang, also während des Betriebs des Kühlluftgebläses, kann dem Prozess die Energie entzogen werden, welche im Nachhinein wieder hinzugefügt werden muss.The disadvantage of the above-described system of an AC fan with shaded pole motor and two-point controller is primarily the poor controllability of the refrigerant temperature. The fluctuating actual temperature of the refrigerant can have negative effects on the energy consumption of the entire system. With each cooling process, i.e. during operation of the cooling air fan, the energy can be withdrawn from the process, which has to be added again afterwards.
Zum anderen kann als Kompressorgebläse bzw. Kühlluftgebläse ein gleichstrombetriebenes Gebläse (DC-Kühlluftgebläse) verwendet werden. Die Ansteuerung des DC-Kühlluftgebläses variiert üblicherweise die Drehzahl des DC-Kühlluftgebläses über die Höhe der Versorgungsspannung. Dabei kann theoretisch die Drehzahl und somit auch der Volumenstrom über einen Spannungsbereich von z.B. ca. 5 V bis ca. 13,5 V eingestellt werden. Um einen sichereren Start des DC-Kühlluftgebläses zu gewährleisten, wird üblicherweise eine Spannung von mindestens 7 V benötigt. Die Spannung wird von einem Schaltnetzteil auf einer Leiterkarte bereitgestellt und beträgt maximal 16 V. Mittels einer Pulsweitenmodulation wird die Stellgröße am Ausgang eines Mikrocontrollers verändert. Um den Strom für den Gleichstrommotor des DC-Kühlluftgebläses bereitstellen zu können, kann ein Power-Mosfet verwendet werden.On the other hand, a DC-operated fan (DC cooling air fan) can be used as the compressor fan or cooling air fan. The control of the DC cooling air fan usually varies the speed of the DC cooling air fan via the level of the supply voltage. Theoretically, the speed and thus the volume flow can be set over a voltage range of e.g. approx. 5 V to approx. 13.5 V. A voltage of at least 7 V is usually required to ensure that the DC cooling air fan starts more reliably. The voltage is provided by a switched-mode power supply on a circuit board and is a maximum of 16 V. The manipulated variable at the output of a microcontroller is changed by means of pulse width modulation. A power mosfet can be used to provide the power for the DC motor of the DC cooling air blower.
Die pulsweitenmodulierte Versorgungsspannung wird, über mehrere Kondensatoren und Spulen geglättet, dem Gleichstrommotor zur Verfügung gestellt. Der Gleichstrommotor darf üblicherweise eine maximale Leistung von 14 Watt nicht überschreiten. Damit die maximale Leistung nicht überschritten wird, ist eine Strommessung für die Ansteuerung des Gleichstrommotors notwendig. Der Strom wird dauerhaft gemessen und die Leistung berechnet. Ist diese zu hoch, wird der Strom durch die Hardwareschaltung begrenzt. Eine redundante Strom- und Spannungsüberwachung wird benötigt, um Fehlerfälle zu erkennen und das System frühzeitig in einen sicheren Zustand versetzen zu können.The pulse-width-modulated supply voltage is made available to the DC motor, smoothed by several capacitors and coils. The direct current motor must usually not exceed a maximum power of 14 watts. To ensure that the maximum power is not exceeded, a current measurement is necessary to control the DC motor. The current is measured continuously and the power is calculated. If this is too high, the current is limited by the hardware circuit. Redundant current and voltage monitoring is required in order to detect faults and to be able to put the system into a safe state at an early stage.
Zur Berechnung der Stellgröße kann ein Pl-Regler in der Steuerung eingesetzt werden. Die Regelabweichung zwischen der gemessenen Ist-Temperatur des Kältemittels und dem vorgegebenen Soll-Wert der Temperatur des Kältemittels wird ermittelt und gespeichert.A PI controller can be used in the control to calculate the manipulated variable. The control deviation between the measured actual temperature of the refrigerant and the specified target value for the temperature of the refrigerant is determined and stored.
Der größte Vorteil dieses Systems liegt in seiner vergleichsweise guten Regelbarkeit.The greatest advantage of this system is its comparatively good controllability.
Nachteilig bei dem zuvor beschriebenen System ist bei der Verwendung dieser Art des DC-Kühlluftgebläses mit Gleichstrommotor vor allem der höhere Kaufpreis im Vergleich zu einem AC-Kühlluftgebläse mit Spaltpolmotor als Wechselstrommotor. Auch die Ansteuerung mit der Erzeugung der variablen Wechselspannung ist ein erhöhter Kostenfaktor, sowie auch die Notwendigkeit einer Leistungsbegrenzung aus Sicherheitsgründen.The disadvantage of the system described above when using this type of DC cooling air fan with a direct current motor is above all the higher purchase price compared to an AC cooling air fan with a shaded pole motor as an alternating current motor. Activation with the generation of the variable AC voltage is also an increased cost factor, as is the need for a power limitation for safety reasons.
Der Erfindung stellt sich somit das Problem, einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, so dass die Vorteile der zuvor beschriebenen Systeme gemeinsam erreicht werden können. Genauer gesagt soll ein Wärmepumpenwäschetrockner oder ein Wärmepumpenwaschtrockner der eingangs beschriebenen Art bereitgestellt werden, welcher eine vergleichsweise gute Regelbarkeit wie bisher von DC-Kühlluftgebläsen bekannt bei reduzierten Kosten aufweist. Vorzugsweise soll die Regelbarkeit gegenüber bekannten DC-Kühlluftgebläsen bei reduzierten Kosten verbessert werden. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten Wärmepumpenwäschetrocknern oder Wärmepumpenwaschtrocknern geschaffen werden.The invention thus presents the problem of providing a heat pump washer dryer or a heat pump washer dryer of the type described at the outset, so that the advantages of the systems described above can be achieved together. More precisely, a heat pump washer dryer or a heat pump washer dryer of the type described at the outset is to be provided, which has a comparatively good controllability as previously known from DC cooling air fans at reduced costs. The controllability should preferably be improved compared to known DC cooling air blowers at reduced costs. At least an alternative to known heat pump washer dryers or heat pump washer dryers should be created.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Steuerungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.According to the invention, this problem is solved by a heat pump washer dryer or a heat pump washer dryer with the features of
Somit betrifft die Erfindung einen Wärmepumpenwäschetrockner oder einen Wärmepumpenwaschtrockner mit einer Wäschetrommel, welche ausgebildet ist, zu trocknende Wäsche aufzunehmen, und mit einem Wärmepumpenkreislauf, welcher ausgebildet ist, die Prozessluft eines Prozessluftkreislauf zu entfeuchten und zu erwärmen, wobei der Prozessluftkreislauf ausgebildet ist, die Prozessluft von dem Wärmepumpenkreislauf zur Wäschetrommel und zurück zum Wärmepumpenkreislauf zu fördern, wobei der Wärmepumpenkreislauf einen Kompressor aufweist, ferner mit einem Kompressorgebläse, welches ausgebildet ist, dem Kompressor mittels wenigstens eines Gebläserads Umgebungsluft zuzuführen, wobei das Kompressorgebläse einen Wechselstrommotor aufweist, welcher ausgebildet ist, das Gebläserad anzutreiben, ferner mit einer Steuerungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Ist-Temperatur eines Kältemittels des Wärmepumpenkreislaufs zu erhalten und die Drehzahl des Wechselstrommotors in Abhängigkeit der Ist-Temperatur des Kältemittels und einer Soll-Temperatur des Kältemittels zu regeln.Thus, the invention relates to a heat pump laundry dryer or a heat pump washer dryer with a laundry drum, which is designed to receive laundry to be dried, and with a heat pump circuit, which is designed to dehumidify and heat the process air of a process air circuit, wherein the process air circuit is designed to take the process air from to convey the heat pump circuit to the laundry drum and back to the heat pump circuit, the heat pump circuit having a compressor, further with a compressor fan, which is designed to supply ambient air to the compressor by means of at least one impeller, the compressor fan having an AC motor which is designed to drive the impeller , further with a control unit which is designed to obtain an actual temperature of a refrigerant of the heat pump circuit and the speed of the AC motor as a function of the actual temperature d there to regulate refrigerant and a target temperature of the refrigerant.
Der Wärmepumpenwäschetrockner oder Wärmepumpenwaschtrockner ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit einen Wechselstromsteller aufweist, welcher ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zum Betreiben des Wechselstrommotors bereitzustellen, wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, den Wechselstromsteller in Abhängigkeit der Ist-Temperatur des Kältemittels und der Soll-Temperatur des Kältemittels zu regeln.The heat pump washer dryer or heat pump washer dryer is characterized in that the control unit has an AC power controller, which is designed to provide a supply voltage for operating the AC motor, the control unit being designed to control the AC power controller as a function of the actual temperature of the refrigerant and the target temperature of the refrigerant to regulate.
Auf diese Art und Weise kann die Qualität der Regelung der Kältemitteltemperatur gegenüber bekannten Regelungsstrukturen von Wechselstrommotor und sogar gegenüber bekannten Regelungsstrukturen von Gleichstrommotoren verbessert werden. Dies kann vergleichsweise einfach erfolgen, was die Kosten der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit geringhalten kann. Auch können die Kosten des Kompressorgebläses durch die Verwendung eines Wechselstrommotors vergleichsweise gering gehalten werden.In this way, the quality of the regulation of the refrigerant temperature can be improved compared to known regulating structures of alternating current motors and even compared to known regulating structures of direct current motors. This can be done comparatively easily, which can keep the costs of the control unit according to the invention low. The costs of the compressor fan can also be kept comparatively low by using an AC motor.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Wechselstromsteller ausgebildet, die Versorgungsspannung mittels wenigstens eines Triac zu schalten. Der Begriff „Triac“ ist eine Abkürzung für „Triode for Alternating Current“, welche auch als Zweirichtungs-Thyristortriode oder als Symistor bezeichnet werden kann.According to one aspect of the invention, the AC power controller is designed to switch the supply voltage by means of at least one triac. The term “Triac” is an abbreviation for “Triode for Alternating Current”, which can also be referred to as a bidirectional thyristor triode or a symistor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Wechselstromsteller ausgebildet, die Versorgungsspannung mittels wenigstens eines Opto-Triac und mittels wenigstens eines Leistungs-Triac zu schalten. Unter einem Opto-Triac sind zwei antiparallel angeordnete Foto-Thyristoren zu verstehen, welche optisch eingeschaltet werden. Ein Opto-Triac kann auch als Foto-Triac bezeichnet werden. Da anstelle einer Steuerelektrode eine Leuchtdiode verwendet wird, um die p-n-Übergänge über den fotoelektrischen Effekt mit Ladungsträgern zu fluten und damit leitend zu machen, kann mittels eines Opto-Triacs eine galvanische Trennung zwischen Steuer- und Laststromkreis erfolgen, wodurch Lasten angesteuert werden können, ohne dass vom Steuerkreis eine Gefahr durch die Netzspannung ausgeht.According to a further aspect of the invention, the AC power controller is designed to switch the supply voltage by means of at least one opto-triac and by means of at least one power triac. An opto-triac is to be understood as two anti-parallel photo-thyristors which are optically switched on. An opto-triac can also be called a photo-triac. Since a light-emitting diode is used instead of a control electrode to flood the pn junctions with charge carriers via the photoelectric effect and thus make them conductive, an opto-triac can be used to electrically isolate the control and load circuits, whereby loads can be controlled, without the control circuit posing a risk from the mains voltage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Steuerungseinheit eine Phasenanschnittsteuerung auf, welche ausgebildet ist, den Phasenwinkel der Versorgungsspannung einzustellen.According to a further aspect of the invention, the control unit has a phase control which is designed to set the phase angle of the supply voltage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Phasenanschnittsteuerung als Netznulldurchgangserkennung ausgebildet.According to a further aspect of the invention, the phase control is designed as network zero crossing detection.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Netznulldurchgangserkennung wenigstens einen Brückengleichrichter und wenigstens einen Optokoppler auf.According to a further aspect of the invention, the network zero crossing detection has at least one bridge rectifier and at least one optocoupler.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Phasenwinkel der Versorgungsspannung in Abhängigkeit wenigstens eines in der Steuerungseinheit hinterlegten Zusammenhangs, vorzugsweise wenigstens einer in der Steuerungseinheit hinterlegten Kennlinie, zwischen Phasenwinkel der Versorgungsspannung und Volumenstrom des Kompressorgebläses vorgegeben.According to a further aspect of the invention, the phase angle of the supply voltage is preferably dependent on at least one relationship stored in the control unit at least one characteristic curve stored in the control unit, specified between the phase angle of the supply voltage and the volume flow of the compressor fan.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde der Zusammenhang, vorzugsweise die Kennlinie, experimentell ermittelt.According to a further aspect of the invention, the relationship, preferably the characteristic curve, was determined experimentally.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Steuerungseinheit eine Schutzschaltung auf, welche ausgebildet ist, Spannungsflanken und bzw. oder Spannungsspitzen der Versorgungsspannung abzudämpfen.According to a further aspect of the invention, the control unit has a protective circuit which is designed to attenuate voltage edges and / or voltage peaks of the supply voltage.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Schutzschaltung wenigstens ein RC-Glied und wenigstens einen Varistor auf.According to a further aspect of the invention, the protective circuit has at least one RC element and at least one varistor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Steuerungseinheit einen Pl-Regler auf, welcher ausgebildet ist, eine Stellgröße in Abhängigkeit der erfassten Ist-Temperatur des Kältemittels und der Soll-Temperatur des Kältemittels zu erzeugen, wobei die Stellgröße ausgebildet ist, die Drehzahl des Wechselstrommotors einzustellen.According to a further aspect of the invention, the control unit has a PI controller which is designed to generate a manipulated variable as a function of the detected actual temperature of the refrigerant and the setpoint temperature of the refrigerant, the manipulated variable being the speed of the AC motor adjust.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Pl-Regler eine Anti-Wind-Funktion auf.According to a further aspect of the invention, the PI controller has an anti-wind function.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist der Pl-Regler eine Override-Control-Funktion auf.According to a further aspect of the invention, the PI controller has an override control function.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Wechselstrommotor ein Spaltpolmotor. Dies kann eine besonders kostengünstige Umsetzung ermöglichen.According to a further aspect of the invention, the AC motor is a shaded pole motor. This can enable a particularly inexpensive implementation.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Steuerungseinheit zur Verwendung bei einem Wärmepumpenwäschetrockner oder bei einem Wärmepumpenwaschtrockner wie zuvor beschrieben. Die Steuerungseinheit weist einen Wechselstromsteller auf, welcher ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung zum Betreiben eines Wechselstrommotors eines Kompressorgebläses des Wärmepumpenwäschetrockners oder des Wärmepumpenwaschtrockners bereitzustellen, wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, eine Ist-Temperatur eines Kältemittels eines Wärmepumpenkreislaufs des Wärmepumpenwäschetrockners oder des Wärmepumpenwaschtrockners zu erhalten, und wobei die Steuerungseinheit ferner ausgebildet ist, den Wechselstromsteller in Abhängigkeit der Ist-Temperatur des Kältemittels und einer Soll-Temperatur des Kältemittels zu regeln. Auf diese Art und Weise kann eine Steuerungseinheit bereitgestellt werden, um einen Wärmepumpenwaschtrockner bzw. einen Wärmepumpenwäschetrockner wie zuvor beschrieben realisieren zu können, so dass dessen zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile genutzt werden können.The present invention also relates to a control unit for use in a heat pump washer dryer or in a heat pump washer dryer as described above. The control unit has an AC power controller, which is designed to provide a supply voltage for operating an AC motor of a compressor fan of the heat pump washer dryer or the heat pump washer dryer, the control unit being designed to obtain an actual temperature of a refrigerant of a heat pump circuit of the heat pump washer dryer or the heat pump washer dryer and where the control unit is also designed to regulate the AC power controller as a function of the actual temperature of the refrigerant and a target temperature of the refrigerant. In this way, a control unit can be provided in order to be able to realize a heat pump washer dryer or a heat pump washer dryer as described above, so that its properties and advantages described above can be used.
Mit anderen Worten kann erfindungsgemäß die Versorgungsspannung des AC-Gebläses nicht wie bereits bekannt durch ein Relais gesteuert werden, sondern über einen Wechselstromsteller, welcher die Versorgungsspannung mittels eines Triacs schalten kann. Durch den Zusatz einer Netznulldurchgangserkennung kann eine Phasenanschnittsteuerung realisiert werden. In Abhängigkeit des Phasenanschnittswinkels kann die Drehzahl und somit auch der Volumenstrom des Gebläses variiert werden.In other words, according to the invention, the supply voltage of the AC blower cannot be controlled by a relay, as is already known, but via an AC power controller which can switch the supply voltage by means of a triac. Phase control can be implemented through the addition of network zero crossing detection. Depending on the phase control angle, the speed and thus also the volume flow of the fan can be varied.
Ein Pl-Anti-Wind-Up-Regler mit Override-Control-Funktion kann den zu stellenden Volumenstrom aus der Temperaturdifferenz zwischen gemessener NTC-Temperatur und Solltemperatur ermitteln. Die Stellgröße kann der zu stellende Volumenstrom sein. Über eine am Volumenstromprüfstand ermittelte Kennlinie, welche den gemessenen Volumenstrom und den eingestellten Steuerwinkel in Bezug zueinander setzen kann, kann der Steuerwinkel in einem Mikrocontroller ermittelt werden. Jedes Gebläse kann eine eigene Kennlinie besitzen. Der Mikrocontroller kann die periodisch auftretende Spitze am Kollektor des Optokopplers als Nulldurchgang auswerten. Die Höhen der Widerstände können die Breite des Peaks bestimmen. Die Höhen der Widerstände können berechnet und anhand einer Simulation validiert werden.A PI anti-wind-up controller with override control function can determine the volume flow to be set from the temperature difference between the measured NTC temperature and the setpoint temperature. The manipulated variable can be the volume flow to be set. The control angle can be determined in a microcontroller via a characteristic curve determined on the volume flow test stand, which can set the measured volume flow and the set control angle in relation to one another. Each fan can have its own characteristic. The microcontroller can evaluate the periodically occurring peak at the collector of the optocoupler as a zero crossing. The height of the resistors can determine the width of the peak. The heights of the resistances can be calculated and validated using a simulation.
Durch das Hinzufügen einer Bestückungsvariante einer Platine der Steuerungseinheit und durch das Ersetzen einer vorhandenen bekannten AC-Gebläse-Steuerung können selbst die Kosten für ein bestehendes kostenoptimiertes System mit AC-Gebläse und Relaisansteuerung unterboten werden. Für die Variante eines AC-Gebläses kann lediglich zusätzlich die Netznulldurchgangserkennung bestückt werden. Der Pl-Regler kann rein softwarebasiert ausgeführt werden.By adding an assembly variant to a circuit board of the control unit and by replacing an existing, known AC fan control, even the costs for an existing cost-optimized system with AC fan and relay control can be undercut. For the variant of an AC fan, only the grid zero crossing detection can be equipped. The PI controller can be designed purely software-based.
Ein weiterer Aspekt ist die besondere Reglerstruktur, deren Reglerparameter geräteabhängig und nicht gebläseabhängig sein können. Dementsprechend kann der Pl-Regler gebläseunahbängig entwickelt und das Gebläse beliebig ausgetauscht werden. Die Schnittstelle zwischen Regler und Stellglied kann der zu stellende Volumenstrom sein.Another aspect is the special controller structure, the controller parameters of which can be device-dependent and not fan-dependent. Accordingly, the PI controller can be developed independently of the fan and the fan can be replaced as required. The interface between controller and actuator can be the volume flow to be set.
Die Netznulldurchgangserkennung für das Stellen des Phasenwinkels kann für eine Zweipunktregelung entfallen und lediglich für die Variante mit PI-Regler bestückt werden. Dementsprechend können diese Layout-Varianten entfallen und es können sich lediglich zwei Bestückungsvarianten ergeben.The network zero crossing detection for setting the phase angle can be omitted for a two-point control and only equipped for the variant with PI controller. Accordingly, these layout variants can be omitted and only two assembly variants can result.
Die Vorteile liegen in der besseren Regelbarkeit des Systems im Vergleich zu den zuvor beschriebenen bekannten Systemen. Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich durch den deutlich geringeren Preis des Systems im Vergleich zum geregelten DC-Gebläse. Ein weiterer Vorteil kann der modulare Aufbau der Topologie sein, sodass der Regler unabhängig vom Gebläse entwickelt und getestet werden kann. Somit ist das Austauschen des Gebläses jederzeit möglich, ohne eine Veränderung des Reglers.The advantages lie in the better controllability of the system compared to the known systems described above. A significant advantage results from the significantly lower price of the system compared to the regulated DC fan. Another advantage can be the modular structure of the topology, so that the controller can be developed and tested independently of the fan. This means that the fan can be exchanged at any time without changing the controller.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
-
1 einen Längsschnitt durch den Bereich einer Grundplatte eines Wärmepumpenwäschetrockners oder eines Wärmepumpenwaschtrockner; -
2 ein Schaltbild eines Wechselstromstellers; -
3 ein Schaltbild einer Phasenanschnittsteuerung; -
4 ein Schaltbild eines PI-Regler; -
5 einen Temperaturverlauf des Kältemittels einer realen bekannten DC-Kompressorgebläse- Regelung -
6 einen Temperaturverlauf des Kältemittels einer simulierten erfindungsgemäßen AC- Kompressorgebläse-Regelung; -
7 einen Temperaturverlauf des Kältemittels einer realen erfindungsgemäßen AC-Kompressorgebläse-Regelung; -
8 einen Volumenstromverlauf des Kältemittels einer simulierten erfindungsgemäßen AC-Kompressorgebläse-Regelung; und -
9 einen Volumenstromverlauf des Kältemittels einer realen erfindungsgemäßen AC-Kompressorgebläse-Regelung.
-
1 a longitudinal section through the area of a base plate of a heat pump clothes dryer or a heat pump washer dryer; -
2 a circuit diagram of an AC power controller; -
3 a circuit diagram of a phase control; -
4th a circuit diagram of a PI controller; -
5 a temperature profile of the refrigerant of a real known DC compressor fan control -
6th a temperature profile of the refrigerant of a simulated AC compressor fan control according to the invention; -
7th a temperature profile of the refrigerant of a real AC compressor fan control according to the invention; -
8th a volume flow profile of the refrigerant of a simulated AC compressor fan control according to the invention; and -
9 a volume flow profile of the refrigerant of a real AC compressor fan control according to the invention.
Die o.g. Figuren werden in kartesischen Koordinaten betrachtet. Es erstreckt sich eine Längsrichtung
Der Wärmepumpenwäschetrockner
In der Höhe
Innerhalb des Gehäuses
Das Kompressorgebläse
Das Kompressorgebläse
Einen Vergleich mehrerer Messwertverläufe der Temperatur des Kältemittels einer realen bekannten DC-Kompressorgebläse-Regelung, siehe
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- AA.
- UmgebungsluftAmbient air
- XX
- Längsrichtung; TiefeLongitudinal direction; depth
- ZZ
- vertikale Richtung; Höhe vertical direction; height
- 11
- Wärmepumpenwäschetrockner; WärmepumpenwaschtrocknerHeat pump clothes dryer; Heat pump washer dryer
- 1010
- Gehäusecasing
- 1111
- GehäusevorderseiteHousing front
- 1212
- GehäuserückseiteCase back
- 1313
- GrundplatteBase plate
- 1414th
- Lufteintrittsöffnung für Umgebungsluft AAir inlet opening for ambient air A
- 1515th
- Luftaustrittsöffnung für Umgebungsluft A Air outlet opening for ambient air A
- 22
- (AC-)Kompressorgebläse; (AC-)Kühlluftgebläse; (AC-)Verdichtergebläse; (AC-)Enthitzergebläse(AC) compressor fans; (AC) cooling air fan; (AC) compressor fans; (AC) desuperheater fan
- 2020th
- Wechselstrommotor; AC-Motor; SpaltpolmotorAC motor; AC motor; Shaded pole motor
- 2121st
- GebläseradImpeller
- 2222nd
- SteuerungseinheitControl unit
- 2323
- WechselstromstellerAC power controller
- 2424
- Phasenanschnittsteuerung; NetznulldurchgangserkennungPhase control; Network zero crossing detection
- 2525th
- Pl-Regler PI controller
- 33
- Kompressor; Verdichter; Erhitzer Compressor; Compressor; Heater
- 44th
- Trommelantrieb; Trommel- und GebläseantriebDrum drive; Drum and fan drive
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019121400.9A DE102019121400A1 (en) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Heat pump clothes dryer or heat pump washer dryer |
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| DE102019121400.9A DE102019121400A1 (en) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Heat pump clothes dryer or heat pump washer dryer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102019121400A1 true DE102019121400A1 (en) | 2021-02-11 |
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ID=74188588
Family Applications (1)
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| DE (1) | DE102019121400A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116732764A (en) * | 2023-04-25 | 2023-09-12 | 广东芬尼克兹节能设备有限公司 | Heat pump clothes dryer fan control method, computer equipment and heat pump clothes dryer |
| WO2025251927A1 (en) * | 2024-06-04 | 2025-12-11 | 青岛海尔洗衣机有限公司 | Washer-dryer |
-
2019
- 2019-08-08 DE DE102019121400.9A patent/DE102019121400A1/en active Pending
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|---|---|---|---|---|
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Legal Events
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