用于衣物處理器具的熱泵和包括這種熱泵的衣物處理器具的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于衣物處理器具(H)的熱泵(P')。熱泵(P')包括壓縮機(1)、冷凝器(2)、限流器(3)和蒸發器(4)，且還包括液體吸式換熱器(8)。液體吸式換熱器(8)包括彼此熱耦合的第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)。換熱器(8)的第一制冷劑管路(9)的進口(9i)聯接至蒸發器(4)的出口(4o)，且第一制冷劑管路(9)的出口(9o)聯接至壓縮機(1)的進口(1i)。第二制冷劑管路(10)的進口(10i)聯接至冷凝器(2)的出口(2o)，且第二制冷劑管路(10)的出口(10o)聯接至限流器(3)的進口(3i)。第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)相對于液體吸式換熱器(8)的周圍環境熱隔離。根據本發明的衣物處理器具(H)包括這種熱泵(P')。
【專利說明】用于衣物處理器具的熱泵和包括這種熱泵的衣物處理器具
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于衣物處理器具的熱泵，其包括壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器，且還包括液體吸式換熱器，其中，所述液體吸式換熱器包括彼此熱耦合的第一制冷劑管路和第二制冷劑管路；換熱器的第一制冷劑管路的進口聯接至蒸發器的出口，且第一制冷劑管路的出口聯接至壓縮機的進口 ；以及第二制冷劑管路的進口聯接至冷凝器的出口，且第二制冷劑管路的出口聯接至限流器的進口。本發明還涉及一種包括這種熱泵的衣物處理器具。
【背景技術】
[0002]一種熱泵和包括這種熱泵的衣物處理器具公開于EP 2 385 169A1。在公開于那里的熱泵中，提供了附加的換熱器，以用于在環境空氣流與從冷凝器出來的制冷劑之間交換熱量，和用于在從冷凝器出來的制冷劑與從蒸發器出來的制冷劑之間交換熱量。該換熱器包括在熱泵及其周圍環境之間到熱泵的操作的附加相互作用，從而使熱泵的操作相當難于處理。環境溫度的變化導致熱泵的操作工況的變化。
[0003]與僅采用電加熱器的傳統衣物干燥機相比，包括熱泵的衣物干燥機具有提高的效率(以kWh/kg計)。因此，與傳統干燥機相比，包括熱泵的衣物干燥機的相關操作性二氧化碳排放由于其更低的電耗而大體上更低。然而，熱泵中所使用的制冷劑的GWP( “全球變暖潛能”)必須被考慮。現今，熱泵中所使用的典型制冷劑是GWP高于1500的氟化碳氫化合物(HFC)。
[0004]在空氣路徑或處理空氣回路中，處理空氣從滾筒流動至蒸發器。在滾筒出口處，空氣處于中等溫度下且相對較濕。在蒸發器處，空氣被冷卻和除濕，且然后流動至冷凝器，空氣在冷凝器處被加熱。干熱空氣然后再次被引入滾筒中，在滾筒處干熱空氣可從滾筒中所容納的衣物吸收濕氣。
[0005]蒸發器和冷凝器通常是管翅式。蒸發器和冷凝器的管可以是分離的個體(如現有技術文獻 WO 2008/004802 A3,EP 2 261 416 Al 和 EP I 593 770B1 所述)，或可以聯接在同一核心中(如現有技術文獻WO 2008/004802 A3所述)。
[0006]蒸發器和冷凝器另一典型構造是所謂的鋁單管式(無霜型)，其中，鋁管被彎曲且在不存在管擴張的情況下翅片沿著鋁管放置。
[0007]目前在熱泵干燥機中所使用的蒸發器和冷凝器的管的外直徑如下:對于管翅式蒸發器和冷凝器而言是3/8 " (9.525mm)和7_，且對于鋁單管式蒸發器和冷凝器而言是8_。
[0008]降低這些系統的TEWI ( “變暖影響總當量”，其包括直接和間接排放)的一個可能性是使用GWP低的碳氫化合物制冷劑，如R-290 (丙烷)或R-1270 (丙烯)。這些制冷劑的主要缺點是它們易燃，因此IEC 60335-2-11標準限制衣物干燥機中的最大裝料量(150g)。通常已知的是對于特定系統可具有最佳制冷劑裝料量，但是IEC 60335-2-11標準所定的150g制冷劑限制通常低于用于衣物干燥機的熱泵的制冷劑最佳裝料量。
[0009]具有熱泵的衣物干燥器具通常包括制冷劑回路和空氣路徑。制冷劑流動通過壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器，以這一順序。這些元件通過制冷劑管路、尤其是管道連通。制冷劑借助于冷凝器將熱量釋放至流動通過空氣路徑的處理空氣，并借助于蒸發器從流動通過空氣路徑的處理空氣吸收熱量和濕氣。壓縮機吸收能量并壓縮制冷劑回路中的制冷劑。
[0010]液體吸式換熱器(也被稱為液體-吸式換熱器(liquid-to-suct1n heatexchanger)或再生器)主要獲知于使用在蒸發器與壓縮機之間具有長距離的蒸汽壓縮系統的低溫制冷系統中。液體吸式換熱器通常包括兩個制冷劑管路或通道(例如管道)，其中，在所述制冷劑管路中的一個(“液體”管路)中流動液態制冷劑，且在另一制冷劑管路(“吸式”管路)中流動成蒸汽形式的制冷劑。所述管路彼此熱連接以允許它們之間的熱傳遞并通常相對于周圍環境熱隔離。液體吸式換熱器對某些制冷劑可提高冷卻能力并降低輸入蒸汽壓縮系統中的功率。對于制冷系統，液體吸式換熱器可以以低于零攝氏度的蒸發溫度(對應于大約_20°C的蒸發器出口溫度)工作。因此，在吸式管路中由于高的溫度差(在制冷劑與環境空氣之間)而產生外部過熱。該外部過熱降低了熱泵的COP(性能系數；冷卻能力除以功率輸入)，因為壓縮機功率消耗增加卻不影響冷卻能力。液體吸式換熱器很少用于空調系統，因為液體吸式換熱器引入的壓力下降明顯降低了其對于空調系統的益處。
【發明內容】
[0011]本發明的一個目的是至少部分地克服與包括熱泵的衣物處理器具相關的現有技術的至少某些問題，并尤其提供一種用于衣物處理器具的具有減小的GWP和高效率的熱栗。
[0012]該目的通過獨立權利要求的特征來實現。優選的實施例尤其由從屬權利要求提出。
[0013]該目的通過一種用于衣物處理器具的熱泵來實現，所述熱泵包括壓縮機、冷凝器、限流器和蒸發器，且還包括液體吸式換熱器，其中，所述液體吸式換熱器包括彼此熱耦合的第一制冷劑管路和第二制冷劑管路；換熱器的第一制冷劑管路的進口聯接至蒸發器的出口，且第一制冷劑管路的出口聯接至壓縮機的進口 ；以及第二制冷劑管路的進口聯接至冷凝器的出口，且第二制冷劑管路的出口聯接至限流器的進口。此外，第一制冷劑管路和第二制冷劑管路相對于液體吸式換熱器的周圍環境熱隔離。
[0014]該目的還通過一種包括熱泵的衣物處理器具來實現，其中，該熱泵是如上所述的熱泵。
[0015]衣物處理器具中的液體吸式換熱器的附加使用通過在熱泵的不同區段中的制冷劑部分之間交換熱量提供了蒸發器中(尤其在蒸發器的制冷劑進口處)的可能的焓增加的優點。該措施僅涉及熱泵的內部參數，且避免了與熱泵的周圍環境的任何明顯相互作用。因此增加了操作即使在周圍環境的相關參數變化的情況下的穩定性和可靠性。
[0016]另一優點是，可減少制冷劑質量流量。因此，制冷劑在壓縮機進口處的溫度由于液體吸式換熱器中的額外的過熱而增加。因此，制冷劑在壓縮機進口處的密度減小，從而導致壓縮機的功率消耗降低。尤其地，如果包括液體吸式換熱器的熱泵工作在其最佳工作點下(在蒸發器中表現出過熱)，則蒸發器中的冷卻能力增加(因為焓增加的影響大于質量流量減少的影響)且功率消耗降低，從而實現了相同的壓縮比。因此，除濕速度增加，且功率消耗降低。這意味著，干燥過程的干燥時間和能量消耗降低。并且，蒸發器中的冷卻能力的增加提高了 COP，尤其對于碳氫化合物制冷劑而言。
[0017]又一優點是，換熱器的第一制冷劑管路(吸式管路)的一側聯接至蒸發器的出口，且第一制冷劑管路的另一側聯接至壓縮機的進口 ；并且進一步地，第二制冷劑管路(液體管路)的一側聯接至冷凝器的出口，且第二制冷劑管路的另一側聯接至限流器的進口。尤其地，這種類型的連接使得換熱器能夠冷卻來自冷凝器出口的制冷劑(施加更多過冷)并加熱蒸發器出口(施加更多過熱)。
[0018]所述換熱器的所述熱泵可使用易燃或非易燃制冷劑。
[0019]所述換熱器可以是不同的構型(例如作為雙管道式、作為板式換熱器等)。
[0020]在本發明的優選實施例中，第二(液體)制冷劑管路與第一(吸式)制冷劑管路相比相對于周圍環境的熱隔離程度更高。這保持了在壓縮機進口處的溫度增加。在雙管道設計(其中，第一管道圍繞第二管道)的情況下，該設計可通過以下方式實施:使用第一管道作為第一(吸式)制冷劑管路，并使用第二管道作為第二(液體)制冷劑管路。因此，在第一管道中流動的蒸汽狀制冷劑經歷相對于周圍環境的較低的溫度差，同時，在第二管道中流動的液態制冷劑因為其被第一管道相對于周圍環境熱防護而經歷較高的溫度差。
[0021]在本發明的另一優選實施例中，壓縮機的排量為12cc/rev (立方厘米每轉)或更小，尤其是10.5cc/rev或更小。該實施例反映出意外的發現:在壓縮機排量較大(尤其對于通常的家用器具而言)的情況下，可能需要增加冷凝器處的加熱能力，以便實現來自壓縮機的能量的耗散。為了增加冷凝器能力，進而需要更大的冷凝器面積和容積。因此，還需要增加制冷劑裝料量，以便實現制冷劑在冷凝器中的冷凝。然而，這難以遵從IEC60335-2-11標準對易燃制冷劑的裝料量限制(150g)，并可能將用于熱泵的操作點的最佳裝料量改變成更遠離(目前的)150g限制。
[0022]在本發明的又一優選實施例中，冷凝器管道(即隨冷凝器使用的管道)的外直徑和/或蒸發器管道(即隨蒸發器使用的管道)的外直徑小于7_。這降低了制冷劑回路容積，并使得即使在低裝料量(尤其小于150g)的情況下也能夠有效地冷卻制冷劑，同時憑借液體吸式換熱器保持高的熱泵效率。尤其地，為了使制冷劑能夠在冷凝器中冷凝(在冷凝器中使用較少的制冷劑裝料量)，使用小于7_的外直徑是優選的。因此，可同時實現兩個積極作用:冷凝器中過冷的增加和液體吸式換熱器的合適效率(在高壓側的附加的過冷和在低壓側的附加的過熱)。
[0023]實際上，管路(且尤其是管道)通過它們的外直徑來測量和表征，所述外直徑與它們的內直徑相關，并因此與可提供給制冷劑的容積相關。
[0024]在本發明的一個特別優選的實施例中，冷凝器管道的外直徑小于7_，同時蒸發器管道的外直徑為7mm或更大、例如3/8" (9.525mm)，或對于管翅式蒸發器是7mm且對于鋁單管式蒸發器是8_。該實施例利用了:冷凝器的制冷劑管路(也被稱為冷凝器盤管)是制冷劑回路的具有最大內容積并因此具有最大制冷劑量的部分(即，較大的容積和較高的制冷劑密度)。通過使用小于7mm的外直徑，減小了內容積，從而對于同樣質量的制冷劑而言，就獲得了更高的密度。這進而意味著，獲得了處于液-氣相的更大百分比的液態制冷劑，從而進而使制冷劑能夠在冷凝器中更快地冷凝。因此，實現了更大程度的過冷，并因而對冷卻能力有益。
[0025]在另一特別優選的實施例中，冷凝器管道的外直徑和/或蒸發器管道的外直徑是大約6mm或更小,尤其是5mm或更小。大約5mm的外直徑被認為是在制冷劑的小裝料量和高效率之間的特別好的折衷。
[0026]作為具體示例，考慮傳統7mm冷凝器(即具有外直徑為7mm的制冷劑管道的冷凝器)和使用150g丙烷(也被稱為R290)的家用滾筒式干燥機的5mm冷凝器的對比。這些5_冷凝器與7_冷凝器相比，制冷劑的容積低12%。該5_冷凝器使得干燥時間降低了13%且能量消耗降低了 11%。為了使用7mm冷凝器并采用同樣的干燥時間和高4%的能量消耗來實現類似的干燥性能，需要210g的R290。
[0027]另外，與7mm冷凝器(和7mm蒸發器)的參考情況相比，5mm冷凝器和5mm蒸發器的組合可提供附加的改進。使用5_冷凝器和5_蒸發器使得干燥時間降低了 16%且能量消耗降低了 14%。
[0028]在本發明的另一優選實施例中，熱泵的制冷劑是易燃制冷劑。該實施例通過使制冷劑的裝料量為150g或更少而變得可行。易燃制冷劑與非易燃制冷劑相比通常具有更低的 GWP。
[0029]在其中另一優選的實施例中，所述制冷劑包括碳氫化合物制冷劑或多種碳氫化合物制冷劑。碳氫化合物制冷劑顯示出低至可忽略不計的GWP。碳氫化合物制冷劑在用于液體吸式換熱器中以提高系統COP方面尤其有用。
[0030]在其中一個更優選的實施例中，所述制冷劑是或者包括丙烷(R290)。丙烷具有的優點是:GWP相對較低(是二氧化碳的GWP的3.3倍)、不破壞臭氧層、可用作R-12、R-22、R-134a以及其他氯化和/或氟化碳氫化合物的替代物、且容易獲得。
[0031]在其中一個替代性實施例中，所述制冷劑是或者包括丙烯(R1270)。
[0032]在另一優選實施例中，所述制冷劑是或者包括冊0_12347€或2，3，3，3四氟丙烯(2, 3, 3, 3-Tetra-fIuoropropene)。HF0_1234yf 幾乎不會對環境產生影響，與傳統 R_134a相比所獲得的GWP等級為335分之一，且大氣壽命為大約400分之一。另外，HF0-1234yf僅輕微地易燃。
[0033]在本發明的一個優選實施例中，所述衣物處理器具是衣物干燥器具，例如獨立式衣物干燥機或洗滌-干燥兩用機。
[0034]在本發明的另一優選實施例中，所述衣物處理器具是家用器具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]在附圖中，借助于一個示例性實施例示出了本發明，且隨后將參照該示例性實施例進一步闡述本發明。尤其地，
[0036]圖1示出了使用熱泵的家用滾筒式干燥機的示意圖；
[0037]圖2示出了滾筒式干燥機的熱泵的示意圖；以及
[0038]圖3示出了熱泵的液體吸式換熱器的示意性側視圖。
【具體實施方式】
[0039]圖1示出了成家用滾筒式干燥機H形式的衣物處理器具。滾筒式干燥機H包括熱泵P，所述熱泵P至少包括壓縮機1、管翅式冷凝器2、限流器3和管翅式蒸發器4作為元件。元件1-4以所示的順序通過制冷劑管道5串聯地連接，以形成制冷劑回路或路徑。
[0040]滾筒式干燥機H還包括處理空氣回路或路徑6，處理空氣A在所述空氣回路或路徑6中流動。空氣回路6包括用于容納待處理的衣物的可旋轉滾筒7。空氣A以中等溫度和濕度離開滾筒7。空氣A然后流動至蒸發器4，所述蒸發器4在空氣回路A中位于滾筒7下游并作為換熱器工作。在蒸發器4處，空氣A被冷卻和冷凝。所產生的冷凝物被收集在水貯存器W中。在蒸發器4處，空氣A也冷卻并將其熱能的一部分傳遞到蒸發器4并由此傳遞到蒸發器4中的制冷劑R。這使得蒸發器4能夠將制冷劑R從液體狀態轉變為蒸汽狀態。
[0041]在空氣回路6的進一步的下游，此時干燥且冷卻的空氣A通過冷凝器2，在所述冷凝器2處實現從冷凝器2和冷凝器2中的制冷劑R到空氣A的熱傳遞，以加熱空氣A，并將制冷劑R冷卻至其液體狀態。此時溫暖且被除濕的/干燥的空氣A隨后被再次引入滾筒7中，以便加熱衣物并吸收濕氣。
[0042]制冷劑R通過壓縮機I在制冷劑回路1-5中移動。
[0043]這種滾筒式干燥機H以及它的熱泵P (包括制冷劑回路1-5)和它的空氣回路6的操作是眾所周知的，從而不需要更詳細地闡述。
[0044]圖2示出了熱泵P’的示意圖。熱泵P’可在滾筒式干燥機H中代替熱泵P使用。熱泵P’與熱泵P的不同之處在于，熱泵P’包括液體吸式換熱器8。
[0045]如圖3所示，換熱器8是雙管道設計，并包括成管狀(吸式)管道9形式的第一制冷劑管路9，所述第一制冷劑管路9具有用于輸入低壓制冷劑R的吸式管道進口 9i和用于輸出蒸汽狀制冷劑R的吸式管道出口 9o。成管狀(液體)管道10形式的第二制冷劑管路10居中地引導穿過管狀吸式管道9，所述第二制冷劑管路10在相應的端部處具有用于輸入高壓制冷劑R的液體管道進口 1i和用于輸出液態制冷劑R的液體管道出口 10。吸式管道9和液體管道10例如通過共同的金屬壁高度地熱連接。然而，管道9和10相對于它們的周圍環境熱隔離，以避免周圍環境條件(特別是變化的周圍環境溫度)對熱泵的任何不當影響。吸式管道9相對于其周圍環境的熱隔離程度與液體管道10相比可更低。
[0046]再看圖2，吸式管道進口 9i經由制冷劑管道5聯接至蒸發器4的出口 4ο，且吸式管道出口 9ο經由另一制冷劑管道5聯接至壓縮機I的進口 li。液體管道10的液體管道進口 1i聯接至冷凝器2的出口 20，且液體管道出口 10聯接至限流器3的進口 3i。這種類型的連接使得換熱器8能夠冷卻來自冷凝器出口 2o的制冷劑R(施加較強的過冷)并加熱蒸發器出口 4ο (施加較強的過熱)。
[0047]熱泵P’的壓縮機I的排量小于10.5cc/rev0管翅式冷凝器2的管或管道的外直徑為5mm。蒸發器4的管或管道的外直徑也可以是5mm。
[0048]制冷劑R是或者包括丙烷、丙烯和/或HF0-1234yf。
[0049]當然，本發明不限于所示出的實施例。
[0050]附圖標記列表
[0051]I 壓縮機
[0052]Ii 壓縮機的進口
[0053]2 冷凝器
[0054]2o 冷凝器的出口
[0055]3 限流器
[0056]3i限流器的進口
[0057]4蒸發器
[0058]4o蒸發器出口
[0059]5制冷劑管路或管道
[0060]6空氣回路
[0061]7可旋轉滾筒
[0062]8液體吸式換熱器
[0063]9吸式管路或管道
[0064]9i吸式管道進口
[0065]9o吸式管道出口
[0066]10液體管路或管道
[0067]1i液體管道進口
[0068]10液體管道出口
[0069]A處理空氣
[0070]H家用滾筒式干燥機
[0071]P熱泵
[0072]P’熱泵
[0073]R制冷劑
[0074]W水貯存器
【權利要求】
1.一種用于衣物處理器具(H)的熱泵(P’)， -包括壓縮機(I)、冷凝器(2)、限流器(3)和蒸發器(4)，且還包括液體吸式換熱器(8)，其中， -所述液體吸式換熱器(8)包括彼此熱耦合的第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)； -換熱器(8)的第一制冷劑管路(9)的進口(9i)聯接至蒸發器(4)的出口(40)，第一制冷劑管路(9)的出口(9ο)聯接至壓縮機⑴的進口(Ii);且 -第二制冷劑管路(10)的進口(1i)聯接至冷凝器(2)的出口(20)，第二制冷劑管路(10)的出口(10)聯接至限流器(3)的進口(3i)，其特征在于， 第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)相對于液體吸式換熱器(8)的周圍環境熱隔離。
2.如權利要求1所述的熱泵(P’)，其特征在于，第一制冷劑管路(9)與第二制冷劑管路(10)相比相對于換熱器⑶的周圍環境較少地熱隔離。
3.如前面權利要求中任一所述的熱泵(P’)，其特征在于，所述壓縮機(I)的排量為10.5cc/rev 或更小。
4.如前面權利要求中任一所述的熱泵(P’)，其特征在于，冷凝器(2)的至少一個管道的外直徑和/或蒸發器(4)的至少一個管道的外直徑小于7mm。
5.如權利要求5所述的熱泵(P’)，其特征在于，冷凝器(2)的至少一個管道的外直徑和/或蒸發器(4)的至少一個管道的外直徑為大約5mm或更小。
6.如前面權利要求中任一所述的熱泵(P’)，其特征在于，熱泵(P’)的制冷劑(R)是易燃制冷劑(R)。
7.如權利要求6所述的熱泵(P’)，其特征在于，所述制冷劑(R)包括丙烷或丙烯。
8.如權利要求6或7所述的熱泵(P’)，其特征在于，所述制冷劑(R)包括HF0-1234yf。
9.一種包括熱泵(P’)的衣物處理器具(H)，所述熱泵(P’)包括: -壓縮機(I)、冷凝器(2)、限流器(3)和蒸發器(4)，且還包括液體吸式換熱器(8)，其中， -所述液體吸式換熱器(8)包括彼此熱耦合的第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)； -換熱器(8)的第一制冷劑管路(9)的進口(9i)聯接至蒸發器(4)的出口(40)，第一制冷劑管路(9)的出口(9ο)聯接至壓縮機⑴的進口(Ii);且 -第二制冷劑管路(10)的進口(1i)聯接至冷凝器(2)的出口(20)，第二制冷劑管路(10)的出口(10)聯接至限流器(3)的進口(3i)，其特征在于， 第一制冷劑管路(9)和第二制冷劑管路(10)相對于液體吸式換熱器(8)的周圍環境熱隔離。
10.如權利要求9所述的衣物處理器具(H)，其特征在于，所述衣物處理器具(H)是衣物干燥器具。
【文檔編號】D06F58/20GK104204335SQ201380017865
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月20日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】J·貢薩爾維斯馬西亞, I·奧特洛加西亞, R·圣馬丁桑喬 申請人:Bsh博世和西門子家用電器有限公司