Результат интеллектуальной деятельности: ПРИБОР ДЛЯ ВЕНТИЛИРУЕМОЙ СУШКИ БЕЛЬЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ НАГРЕВАТЕЛЕМ И МОДУЛЕМ ТЕПЛООБМЕННИКА

Область техники

Изобретение относится к прибору для вентилируемой сушки белья, который содержит канал для впуска воздуха, ведущий снаружи к обогреваемой камере для обработки белья, канал для выпуска воздуха, ведущий наружу от камеры для обработки белья, устройство рекуперации тепла, предназначенное для передачи тепла от канала для выпуска воздуха в канал для впуска воздуха, и дополнительный нагреватель, установленный в канале для впуска воздуха. Кроме того, изобретение относится к способу эксплуатации такого прибора для вентилируемой сушки белья.

Уровень техники

Например, в патентной заявке DE 19737075 A1 описан прибор для вентилируемой сушки белья подобного рода, в котором устройство рекуперации тепла представляет собой воздухо-воздушный теплообменник, который с одной стороны обдувается воздухом из канала для впуска воздуха, а с другой стороны - воздухом из канала для выпуска воздуха. При этом воздухо-воздушный теплообменник расположен в удобном в аэродинамическом отношении месте перед дополнительным нагревателем.

Патентная заявка DE 102007062776 A1 описывает вентиляционную сушильную машину с сушильной камерой, с каналом для технологического воздуха, в котором находится нагревательное устройство для нагрева технологического воздуха, а нагретый технологический воздух может направляться воздуходувным устройством в сушильную камеру с двигателем и блоком управления, причем сушильная машина рассчитана на эксплуатацию с потреблением электрической мощности, ни в коем случае не превышающей заданного значения Pmax. Вентиляционная сушильная машина содержит устройства, рассчитанные на то, что сушильная машина при работе, по меньшей мере, пофазно потребляет электрическую мощность в соответствии с заданным значением Pmax. Сушильная машина может содержать контур теплового насоса с испарителем, конденсатором, компрессором и редукционным или дроссельным клапаном.

Замена воздухо-воздушного теплообменника на тепловой насос позволяет дополнительно повысить КПД прибора для вентилируемой сушки белья. При этом КПД зависит от заданного исполнения или настройки теплового насоса, причем КПД тем выше, чем лучше тепловой насос настроен на температуру или разность температур технологического воздуха и, тем самым, каналов для прохождения воздуха. КПД снижается при возникновении отклонений в работе прибора для вентилируемой сушки белья, в частности отклонений его температуры или разности температур. Такие отклонения могут быть обусловлены, например, различиями в загрузке и влажности белья, находящегося в камере для обработки белья, а также режимом работы дополнительного нагревателя. В частности, вследствие дополнительного выделения тепла от дополнительного нагревателя перегрев испарителя может оказаться настолько сильным, что КПД значительно уменьшится.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование прибора для вентилируемой сушки белья, содержащего нагревательное устройство (в дальнейшем именуемое «дополнительным нагревателем») и теплообменник, таким образом, которые позволил бы, по меньшей мере, частично преодолеть недостатки, присущие уровню техники, и, в частности, сохранить высокий КПД в широком диапазоне условий работы, в частности при изменениях температуры.

Эта задача решена признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения раскрыты, в частности, в зависимых пунктах формулы и в последующем описании.

Таким образом, задача решена при помощи прибора для вентилируемой сушки белья, который содержит канал для впуска воздуха, ведущий снаружи к обогреваемой камере для обработки белья, канал для выпуска воздуха, ведущий наружу от камеры для обработки белья, устройство рекуперации тепла, выполненное с возможностью передачи тепла от канала для выпуска воздуха в канал для впуска воздуха, и дополнительный нагреватель, установленный в канале для впуска воздуха. Устройство рекуперации тепла представляет собой тепловой насос с испарителем, конденсатором, компрессором и редукционным устройством, причем конденсатор термически соединен с каналом для впуска воздуха, а испаритель термически соединен с каналом для выпуска воздуха. Редукционные свойства редукционного устройства можно регулировать в зависимости от по меньшей мере одного параметра, связанного с работой дополнительного нагревателя.

Благодаря тому, что испаритель термически соединен с каналом для выпуска воздуха, тепло отбирается из канала для выпуска воздуха или из находящегося в канале для выпуска воздуха теплого и влажного технологического воздуха (отводимого воздуха) и передается на испаритель. И наоборот, благодаря тому, что конденсатор термически соединен с каналом для впуска воздуха тепло от конденсатора передается в канал для впуска воздуха или на технологический (свежий) воздух, находящийся в канале для впуска воздуха. Контур теплового насоса может работать за счет температур или разности температур (а также давлений или разности давлений) на испарителе и конденсаторе. КПД теплового насоса зависит от этих температур или разности температур и может быть оптимизирован за счет выбора исполнения элементов теплового насоса в соответствии с температурами или разностью температур в заданных граничных условиях. Путем изменения редукционных свойств в зависимости от работы дополнительного нагревателя можно легко настроить тепловой насос, в частности его оптимальную рабочую точку, в соответствии с особо сильным смещением рабочей точки теплового насоса, обусловленным работой дополнительного нагревателя.

Прибор для вентилируемой сушки белья может представлять собой вентиляционную стирально-сушильную машину или вентиляционную сушильную машину.

Камера для обработки белья может представлять собой, в частности, вращающийся барабан для белья. Прибор для вентиляционной сушки белья может представлять собой, в частности, машину с фронтальной загрузкой.

Дополнительный нагреватель может работать, например, на электричестве или газе.

В целях снижения потребления энергии дополнительный нагреватель может работать автономно, например питаться от солнечных батарей.

Параметр, связанный с работой дополнительного нагревателя, может представлять собой, в частности, рабочий параметр дополнительного нагревателя. Также возможен вариант, в котором редукционные свойства редукционного устройства можно регулировать в зависимости от по меньшей мере одного рабочего параметра дополнительного нагревателя. Таким образом, настройка на режим работы дополнительного нагревателя может быть выполнена незамедлительно.

В предпочтительном варианте исполнения редукционные свойства редукционного устройства можно регулировать в зависимости от текущей нагревательной мощности дополнительного нагревателя. Таким образом, параметром, связанным с работой дополнительного нагревателя, является нагревательная мощность. То есть эта нагревательная мощность может рассматриваться, в частности, как параметр, связанный с работой дополнительного нагревателя. Нагревательная мощность может быть выражена, например, как текущая потребляемая дополнительным нагревателем электрическая мощность, которая может быть измерена, например, датчиком тока. В альтернативном варианте нагревательная мощность могла бы быть выражена заданной мощностью дополнительного нагревателя, благодаря чему можно было бы отказаться от датчика тока. Взаимосвязь между нагревательной мощностью и редукционными свойствами, например проходным сечением (сечением потока), необходимым для получения оптимального КПД, может быть определена, например, опытным путем.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционные свойства редукционного устройства можно регулировать в зависимости от состояния включения дополнительного нагревателя. Таким образом, параметром, связанным с работой дополнительного нагревателя, считают состояние включения (в частности, «Вкл» или «Выкл») дополнительного нагревателя. То есть состояние включения может также рассматриваться как рабочий параметр дополнительного нагревателя. Таким образом, при помощи особенно простых средств можно повысить КПД. В частности, редукционное устройство выполнено с возможностью переключения между первым рабочим положением, соответствующим выключенному дополнительному нагревателю, и вторым рабочим положением, соответствующим включенному дополнительному нагревателю. Например, проходное сечение можно регулировать в диапазоне от минимального проходного сечения (при выключенном дополнительном нагревателе) до максимального проходного сечения (при включенном дополнительном нагревателе). В частности, редукционному устройству достаточно иметь только два этих рабочих положения.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционное устройство представляет собой расширительный клапан (также называемый дроссельным клапаном), а проходное сечение расширительного клапана (в качестве параметра, влияющего на редукционные свойства) можно регулировать в зависимости от по меньшей мере одного параметра. Таким образом, можно особенно простым и недорогим способом регулировать тепловой насос. Расширительный клапан может, в частности, управляться дистанционно, в частности регулироваться. В частности, расширительный клапан может представлять собой электронный расширительный клапан. Для работы теплового насоса можно переключать проходное сечение регулируемого расширительного клапана, в частности, между минимальным и максимальным значением проходного сечения, причем оба проходных сечения больше нуля, то есть расширительный клапан не закрыт даже при минимальном проходном сечении.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционное устройство содержит группу из нескольких капилляров, включенных параллельно с возможностью пропускания текучей среды, причем обеспечена возможность открытия и закрытия по меньшей мере одного из этих капилляров по выбору в зависимости от по меньшей мере одного параметра. Таким образом, проходное сечение редукционного устройства может определяться количеством открытых капилляров, то есть, следовательно, редукционное устройство имеет ступенчато настраиваемое проходное сечение. Капилляр может представлять собой, в частности, расширительный клапан с проходным сечением, постоянным в открытом состоянии. В частности, все капилляры или все капилляры, за исключением первого, можно открывать и закрывать по выбору.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционное устройство можно настраивать таким образом, чтобы оно могло переключаться (только) между первым рабочим положением и вторым рабочим положением. В этом случае редукционное устройство имеет, в частности, только два возможных варианта проходного сечения. Такое редукционное устройство можно изготовить особенно простым и экономичным способом, например при помощи всего двух капилляров.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционное устройство может быть выполнено с возможностью многоступенчатого или плавного регулирования, благодаря чему можно повысить точность настройки теплового насоса. Например, расширительный клапан может поэтапно или плавно изменять свое проходное сечение. Для работы теплового насоса проходное сечение регулируемого расширительного клапана может регулироваться, в частности, ступенчато в диапазоне между минимальным и максимальным значениями проходного сечения. Совокупное проходное сечение группы, состоящей из нескольких параллельно включенных с возможностью пропускания среды капилляров, также можно легко регулировать поэтапно или в несколько ступеней.

В следующем предпочтительном варианте исполнения редукционные свойства редукционного устройства, в частности проходное сечение, можно регулировать в зависимости от разности температур и/или разности давлений. Таким образом, по меньшей мере один параметр, связанный с работой дополнительного нагревателя, включает разность температур и/или разность давлений. Разностью температур и/или разностью давлений может быть разность в канале для воздуха или разность технологического воздуха. В качестве альтернативы или дополнения разностью температур и/или разностью давлений может быть разность в контуре охлаждения или разность охлаждающего средства. Этот вариант исполнения позволяет особенно точно настраивать тепловой насос.

В особенно предпочтительном варианте редукционные свойства можно регулировать в зависимости от разности температур и/или разности давлений на испарителе (то есть между температурой охлаждающего средства на входе и выходе испарителя).

Регулировка редукционных свойств, в частности проходного сечения, в зависимости от текущей нагревательной мощности, разности температур, разности давлений и/или другого параметра прибора для вентилируемой сушки белья, который может принимать несколько значений, может осуществляться пропорционально (то есть линейно пропорционально или нелинейно пропорционально) этому параметру, при необходимости, только в пределах предварительно заданного диапазона значений параметра.

В качестве альтернативы или дополнения регулировка может осуществляться с достижением или превышением/не достижением одного или нескольких пороговых значений, по меньшей мере, одного параметра прибора для вентиляционной сушки белья. Так, регулируемый расширительный клапан можно ступенчато открывать и закрывать при достижении соответствующих пороговых значений нагревательной мощности и/или разности температур на испарителе.

Задача решена также способом эксплуатации прибора для вентилируемой сушки белья, содержащего дополнительный нагреватель и компрессионный тепловой насос с редукционным устройством, причем способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы: (а) контроль по меньшей мере одного параметра, связанного с работой дополнительного нагревателя (например, мощности дополнительного нагревателя и/или разности температур на испарителе) и (b) изменение редукционных свойств редукционного устройства в зависимости от указанного по меньшей мере одного параметра. Способ имеет те же преимущества, что и описанный прибор для вентилируемой сушки белья, и может иметь аналогичные варианты.

Этап контроля может включать, в частности, установление заданного значения и/или измерение фактического значения.

Например, редукционное устройство может представлять собой регулируемый расширительный клапан, а способ может содержать, по меньшей мере, следующие этапы: (а) контроль состояния включения (вкл/выкл) дополнительного нагревателя и (b) увеличение проходного сечения расширительного клапана при включенном дополнительном нагревателе и уменьшение проходного сечения расширительного клапана при выключенном дополнительном нагревателе.

В следующем примере редукционное устройство может представлять собой расширительный клапан, а способ может содержать, по меньшей мере, следующие этапы: (а) контроль разности температур и/или разности давлений (в частности, охлаждающего средства, в частности, между температурой охлаждающего средства на входе и выходе испарителя); (b) увеличение проходного сечения расширительного клапана при растущей разности температур и/или разности давлений и (с) уменьшение проходного сечения расширительного клапана при снижающейся разности температур и/или разности давлений. Увеличение и уменьшение проходного сечения может выполняться плавно или ступенчато (в частности, при помощи пороговых значений).

В следующем примере редукционное устройство может содержать группу из нескольких капилляров, включенных параллельно с возможностью пропускания текучей среды, причем по меньшей мере один из этих капилляров можно по выбору открывать и закрывать в зависимости от по меньшей мере одного параметра, а способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы: (а) контроль нагревательной мощности дополнительного нагревателя; (b) открытие по меньшей мере одного предварительно закрытого капилляра при увеличивающейся нагревательной мощности и (с) закрытие по меньшей мере одного предварительно открытого капилляра при уменьшающейся нагревательной мощности.

В следующем примере редукционное устройство может содержать группу из нескольких капилляров, включенных параллельно с возможностью пропускания текучей среды, причем по меньшей мере один из этих капилляров можно по выбору открывать и закрывать в зависимости от по меньшей мере одного параметра, а способ содержит, по меньшей мере, следующие этапы: (а) контроль разности температур и/или разности давлений (в частности, охлаждающего средства, в частности, между температурой охлаждающего средства на входе и выходе испарителя); (b) открытие по меньшей мере одного предварительно закрытого капилляра при увеличивающейся разности температур и/или разности давлений и (с) закрытие по меньшей мере одного предварительно открытого капилляра при уменьшающейся разности температур и/или разности давлений. Увеличение и уменьшение также могут выполняться поэтапно.

Краткое описание чертежей

Изобретение детально рассматривается ниже на основании схематичных вариантов исполнения, приведенных на следующих фигурах. При этом в целях наглядности одинаковые обозначения могут относиться к одинаковым или сопоставимым элементам. На фигурах изображено:

Фигура 1: схема прибора для вентилируемой сушки белья согласно первому варианту исполнения.

Фигура 2: схема прибора для вентилируемой сушки белья согласно второму варианту исполнения.

Фигура 3: схема прибора для вентилируемой сушки белья согласно третьему варианту исполнения.

Фигура 4: схема прибора для вентилируемой сушки белья согласно четвертому варианту исполнения.

Осуществление изобретения

На фигуре 1 представлена схема прибора 1 для вентилируемой сушки белья согласно первому варианту исполнения. Прибор 1 для вентилируемой сушки белья представляет собой машину с фронтальной загрузкой, в которую с возможностью вращения установлен барабан 2 для белья, выполняющий функции камеры для обработки белья. Канал 3 для впуска воздуха ведет из окружающей среды A к барабану 2 для белья. В канале 3 для впуска воздуха находится воздуходувное устройство 4 для подачи воздуха L (в дальнейшем - свежего воздуха) из окружающей среды A в барабан 2 для белья и далее (в виде отводимого воздуха) из барабана 2 для белья через канал 5 для выпуска воздуха в окружающую среду A. При прохождении через барабан 2 для белья воздух L забирает влагу из находящегося в барабане белья W с целью просушивания белья W.

Для экономичного нагрева воздуха L в канале 3 для впуска воздуха прибор 1 для вентилируемой сушки белья содержит компрессионный тепловой насос 8-11 с испарителем 8, конденсатором 9, компрессором 10 и редукционным устройством в виде расширительного клапана 11. Конденсатор 9 термически соединен с каналом 3 для впуска воздуха, а испаритель 8 термически соединен с каналом 5 для выпуска воздуха. Благодаря этому тепло отбирается из канала 5 для выпуска воздуха или из находящегося в канале 5 для выпуска воздуха теплого и влажного технологического воздуха L (отводимого воздуха) и передается на испаритель 8. И наоборот, благодаря тому, что конденсатор 9 термически соединен с каналом 3 для впуска воздуха, тепло от конденсатора 9 передается в канал 3 для впуска воздуха или на технологический (свежий) воздух L, находящийся в канале 3 для впуска воздуха. Тепловой насос 8-11 может работать за счет температур или разности температур на испарителе 8 и конденсаторе 9. Принцип действия теплового насоса 8-11, по существу, хорошо известен и не требует детальных пояснений в рамках настоящего описания.

Кроме того, в канале 3 для впуска воздуха установлен дополнительный нагреватель 7, предназначенный для усиления нагрева белья W и ускорения его сушки. В альтернативном варианте воздуходувное устройство 4 может быть установлено в канале 5 для выпуска воздуха.

КПД теплового насоса 8-11 зависит от этих температур или разности температур и может быть оптимизирован за счет выбора исполнения, то есть размеров элементов теплового насоса 8-11 для заданных граничных условий. Чтобы можно было поддерживать КПД, в том числе в меняющихся граничных условиях, в частности при эксплуатации прибора 1 для вентилируемой сушки белья (по выбору) с дополнительным нагревателем 7 и без него, редукционные свойства расширительного клапана 11 можно регулировать в зависимости от по меньшей мере одного параметра, связанного с работой дополнительного нагревателя 7. Для этого расширительный клапан выполняют в виде (регулируемого) расширительного клапана 11, проходное сечение которого можно регулировать в зависимости от по меньшей мере одного параметра.

Для регулировки расширительного клапана 11 в контуре теплового насоса или в охлаждающем контуре теплового насоса 8-11 перед испарителем 8 и за испарителем 8 предусмотрены датчики 12, 13 температуры, измеряющие температуру охлаждающего средства на входе и выходе испарителя 8. Датчики 12, 13 температуры связаны с блоком 14 управления, выполняющим функции блока обработки результатов, что показано соответствующими пунктирными линиями. Например, блок 14 управления может также управлять работой других компонентов (в частности, барабана 2 для белья и дополнительного нагревателя 7). Блок 14 управления формирует разность температур на основании сигналов или значений температуры, полученных от датчиков 12, 13 температуры.

Кроме того, блок 14 управления контролирует разность температур и может плавно регулировать проходное сечение расширительного клапана 11 в зависимости от разности температур, например, пропорционально разности температур. В частности, проходное сечение может увеличиваться при растущей разности температур и уменьшаться при снижающейся разности температур. При этом проходное сечение может принимать минимальное (но конечное) значение, когда разность температур при выключенном дополнительном нагревателе 7 достигает нижнего порогового значения или опускается ниже него. Кроме того, проходное сечение может принимать максимальное значение, когда разность температур при работающем на максимальной мощности дополнительном нагревателе 7 достигает верхнего порогового значения или превышает его. Путем регулировки проходного сечения тепловой насос 8-11 с высокой точностью настраивают на работу прибора 1 для вентилируемой сушки белья с дополнительным нагревателем 7 и без него, и в частности при переменной мощности дополнительного нагревателя 7.

На фигуре 2 представлена схема прибора 21 для вентилируемой сушки белья согласно второму варианту исполнения. Прибор 21 для вентилируемой сушки белья выполнен аналогично прибору 1 для вентилируемой сушки, за исключением того, что проходное сечение расширительного клапана 11 можно регулировать в зависимости от текущей нагревательной мощности дополнительного нагревателя 7. Текущую нагревательную мощность можно измерять при помощи датчика 22 тока или определять или рассчитывать иным образом, например косвенно. В частности, можно увеличивать проходное сечение расширительного клапана 11 при увеличивающейся нагревательной мощности и уменьшать при уменьшающейся нагревательной мощности.

На фигуре 3 представлена схема прибора 31 для вентилируемой сушки белья согласно третьему варианту исполнения. Прибор 31 для вентилируемой сушки белья выполнен также аналогично прибору 1 для вентилируемой сушки, за исключением того, что проходное сечение расширительного клапана 11 при выключенном дополнительном нагревателе 7 уменьшается или сужается до минимального значения (первое рабочее положение), а при включенном дополнительном нагревателе 7 увеличивается или расширяется до максимального значения (второе рабочее положение). Для этого прибор 31 для вентилируемой сушки не нуждается в датчиках, но может распознавать состояние включения («вкл» или «выкл») дополнительного нагревателя 7, например, при помощи блока 14 управления, например, путем выставления определенных флагов или уровней сигнала. Такая регулировка теплового насоса 8-11 может давать особенно большие преимущества, если дополнительный нагреватель 7 может только включаться и выключаться, но его нагревательная мощность не может регулироваться.

В другом варианте исполнения прибора для вентилируемой сушки, также покрываемом фигурой 3, проходное сечение расширительного клапана 11 можно регулировать (в частности, ступенчато) в зависимости от заданного значения (в частности, ступенчато регулируемого) нагревательной мощности дополнительного нагревателя 7. В этом случае также можно отказаться от датчиков, так как заданное значение (в данном случае выраженное, например, в виде абсолютного или относительного значения (например, в виде ступени нагрева)) заранее известно и может быть записано, например, в блок 14 управления.

На фигуре 4 представлена схема прибора 41 для вентилируемой сушки белья согласно третьему варианту исполнения. Прибор 41 для вентилируемой сушки белья выполнен также аналогично прибору 1 для вентилируемой сушки, за исключением того, что в качестве редукционного устройства используется группа из четырех параллельно включенных с возможностью пропускания среды капилляров 42a-d, три 42b-d из которых могут по выбору открываться или закрываться блоком 14 управления. Капилляр 42а, напротив, имеет постоянное проходное сечение. Благодаря этому проходное сечение редукционного устройства 42a-d имеет четыре варианта установки.

Кроме того, прибор 41 для вентилируемой сушки белья способен контролировать разность температур на испарителе 8 и в случае повышения разности температур открывать по меньшей мере один ранее закрытый капилляр 42b-d, а в случае понижения разности температур закрывать по меньшей мере один ранее открытый капилляр 42b-d. В частности, для открытия или закрытия одного из капилляров 42b-d может быть достигнуто, превышено или не достигнуто соответствующее пороговое значение разности температур.

Разумеется, предлагаемое изобретение не ограничивается перечисленными вариантами исполнения.

Так, прибор 41 для вентилируемой сушки белья может также регулировать капилляры 42a-d в зависимости от ступенчато регулируемого заданного значения нагревательной мощности, причем количество возможных заданных значений нагревательной мощности (включая нулевое для выключенного дополнительного нагревателя 7), предпочтительно, соответствует количеству капилляров 42a-d. В этом случае каждому заданному значению может быть назначено определенное количество открытых капилляров.

Кроме того, признаки различных вариантов исполнения могут комбинироваться между собой или использоваться в качестве альтернативы.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 прибор для вентилируемой сушки белья

2 барабан для белья

3 канал для впуска воздуха

4 воздуходувное устройство

5 канал для выпуска воздуха

7 дополнительный нагреватель

8 испаритель

9 конденсатор

10 компрессор

11 расширительный клапан

12 датчик температуры

13 датчик температуры

14 блок управления

21 прибор для вентилируемой сушки белья

22 датчик тока

31 прибор для вентилируемой сушки белья

41 прибор для вентилируемой сушки белья

42a-d капилляры

А окружающая среда

L воздух

W белье