包括具有压缩机的热泵回路的家用干燥机及操作其的方法与流程

1.本发明涉及一种家用干燥机，其包括：干燥室，其用于接收待干燥的物品；过程空气回路，其用于使过程空气的气流穿过干燥室，过程空气回路包括空气通道、用于驱动气流的风机、用于在进入干燥室之前加热气流的第一热交换器、用于在离开干燥室之后冷却气流的第二热交换器；并包括热泵回路，其包括用于使制冷剂的制冷剂流循环的制冷剂通道、作为热源的第一热交换器、作为散热器的第二热交换器、用于使制冷剂流膨胀的第一膨胀装置以及用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机，制冷剂流依次循环通过压缩机、第一热交换器、第一膨胀装置和第二热交换器。
2.本发明还涉及一种操作这种家用干燥机的方法。


背景技术：

3.文献ep 3 255 202 b1和ep 3 379 992 b1公开了如上述所定义的通用类型的家用干燥机的实施例，其中，家用干燥机是衣物干燥机，并且公开了操作这种家用干燥机的方法。
4.由mark stetz在2020年2月12日发表的文章“热气旁路(hgbp)和压力焓图(hot gas bypass(hgbp)and the pressure enthalpy diagram)”可在互联网上找到，网址为http：//www.fundamentalrefrigeration.com/tips
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stuff/hot
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gas
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bypass
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hgbp
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and
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the
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pressure
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enthalpy
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diagram，其公开了在气候控制热泵回路中施加用于压缩机的热气旁路，以改善热泵回路对低负载条件的适应性。在低负载条件下，这种热泵回路的蒸发器可能会由于不希望的湿度沉淀而结霜或冻结，或者无法完全蒸发循环通过其中的液态制冷剂，从而使液态制冷剂进入压缩机并造成堵塞，这可能会损坏压缩机。因此，热压缩的气态制冷剂被旁路到蒸发器的入口或压缩机的入口，从而升高局部温度并防止液态制冷剂进入压缩机。


技术实现要素：

5.期望进一步开发以上限定的通用类型的家用干燥机，以在设置热泵回路的运行模式时提供增强的灵活性。还期望提供一种操作这种利用了此增强的灵活性的家用干燥机的方法。
6.因此，随后公开的本发明的一个问题是提供一种家用干燥机，该家用干燥机在设置热泵回路的运行模式方面提供了增强的灵活性、特别是以可变地设置热泵回路的工作点而提供了增强的灵活性。还期望提供一种操作这种利用了此增强的灵活性的家用干燥机的方法。
7.根据本发明，通过提供如在相应的独立权利要求中限定的家用干燥机和用于操作家用干燥机的方法来实现对于这些问题的解决方案。在相应的从属权利要求中限定了所述家用干燥机和所述方法的优选实施例，即使本文中未在其他地方明确说明，但所述家用干燥机的优选实施例也对应于所述方法的优选实施例，反之亦然。
8.根据本发明提供了一种家用干燥机，所述家用干燥机包括：干燥室，其用于接收待干燥的物品；过程空气回路，其用于使过程空气的气流穿过干燥室，所述过程空气回路包括空气通道、用于驱动气流的风机、用于在进入干燥室之前加热气流的第一热交换器、用于在离开干燥室之后冷却气流的第二热交换器；并且所述家用干燥机包括热泵回路，其包括用于使制冷剂的制冷剂流循环的制冷剂通道、作为热源的第一热交换器、作为散热器的第二热交换器、用于使制冷剂流膨胀的第一膨胀装置以及用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机，制冷剂流依次循环通过压缩机、第一热交换器、第一膨胀装置和第二热交换器。在这种家用干燥机中，热泵回路包括用于将制冷剂流的一部分从压缩机的出口再循环到入口的再循环器，所述再循环器包括第一再循环通道和位于第一再循环通道中的第二膨胀装置。
9.根据本发明还提供了一种操作这种家用干燥机的方法，其中，所述压缩机被运行以用于在所述出口处提供预定的高压，其中，所述第二膨胀装置根据所述家用干燥机的运行状态来运行，以将制冷剂的高压降低至预定的低压。
10.系统中的压力值是通过众所周知的设计原理预先确定的，并取决于多种影响因素，包括用作散热器和热源的热交换器的尺寸和类型、制冷剂的类型和载荷、膨胀装置的几何形状、包括可能的泄漏的过程空气通道中的气流、标称环境温度以及干燥过程的持续时间。
11.因此，本发明提供一种家用干燥机，其中再循环器是旁路，其中，来自压缩机的出口的热气可以部分地再循环到压缩机的入口，以改变家用干燥机的运行状态，优选地适应于施加在家用干燥机上的运行条件。这样的运行条件可以是家用干燥机的环境温度或用户定义的期望、例如对物品的特别快速干燥的需要。
12.在家用干燥机的热泵回路中，制冷剂循环并由此循环地压缩和膨胀以及被冷却和加热，目的是通过在低压下蒸发制冷剂而在第二热交换器中吸收热量，通过在高压下冷凝制冷剂而在第一热交换器中释放热量。因此，第一热交换器通常被指定为冷凝器，第二热交换器通常被指定为蒸发器。
13.本发明的优点包括通过根据相关的运行条件或各种运行参数、例如在运行中出现在热泵回路中的一些温度或压力，来调节热泵回路的工作点从而改善性能。另外，调节制冷剂的旁路可以使得能够通过增加热泵回路中的热源的加热能力和散热器的冷却能力，而更快地干燥待干燥的物品。此外，提供了一种用于改变家用干燥机中的热泵回路的工作点的简单解决方案，该解决方案使用简单、廉价且快速组装的装置来替代本身在操作中可变的压缩机、例如变速压缩机。另外通过至少在家用干燥机的启动期间增加制冷剂的旁路来运行，可以更快地加热热泵回路中的压缩机，以确保即使在低温下也能平稳安全的运行而不会产生堵塞。
14.本发明的家用干燥机可以实施为用于衣物的衣物干燥机、结合了洗涤衣物的功能和干燥功能的洗衣
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干衣机。另一个实施例是一种通过施加热泵回路来执行餐具干燥的洗碗机。
15.根据本发明的一个优选实施例，家用干燥机包括用于控制家用干燥机的运行的控制装置，其中第二膨胀装置是可操作地连接至控制装置的调节阀。这种操作可以是以下切换类型：阀在用于使制冷剂的一部分再循环的打开位置与切断任何再循环的关闭位置之间切换。可替代地，这种操作可以允许阶梯地或连续地改变再循环的制冷剂的量。
16.根据本发明的另一优选实施例，家用干燥机包括用于在运行期间感测家用干燥机的运行状态的运行传感器，其中，运行传感器可操作地连接至控制装置，以向控制装置提供与运行相关的传感器信号。控制装置被配置为能够根据传感器信号来运行第二膨胀装置。由此，通过使再循环适应于由运行传感器感测的家用干燥机的运行状态，可以自动地控制制冷剂的再循环。
17.根据本发明的另一优选实施例，运行传感器是湿度传感器，运行状态是物品的湿度。因此，热泵回路的工作点可以适应于待干燥物品的湿度。
18.根据本发明的另一优选实施例，运行传感器是温度传感器，运行状态是家用干燥机的环境温度。由此，热泵回路的工作点可以适应于干燥机的环境温度。特别地，可以应用制冷剂的再循环以便确定没有液态制冷剂到达压缩机，从而避免压缩机中的堵塞。
19.根据本发明的又一优选实施例，在家用干燥机中使用的制冷剂是丙烷，在热泵技术领域中也被称为r290。
20.根据本发明的又一优选实施例，再循环器通过第一喷射器连接到入口，其中，来自再循环器的制冷剂通过第一驱动入口进入第一喷射器，来自制冷剂通道的制冷剂通过第一抽吸入口进入第一喷射器，在第一出口处离开的制冷剂流向压缩机。在这样的实施例中，通过如下方式利用在被再循环的制冷剂中所包含的能量：施加其以主动地将离开第二热交换器的制冷剂朝向压缩机推动。作为总体特征，喷射器具有使通过其驱动入口进入的流体膨胀，将压力转换成速度并形成射流的功能，该射流夹带并推动通过抽吸入口进入的流体。根据本发明，通过选择如下喷射器，可以将再循环器的第二膨胀装置集成到第一喷射器中：该喷射器具有适合该目的的膨胀功能。这简化了再循环器，并且可以在与第一喷射器组合在一起完全打开时允许施加基本上不具有膨胀功能(即，限制制冷剂流量)的切换阀。
21.根据本发明的又一优选实施例，再循环器被配置为用于在家用干燥机在大幅低于正常室温的环境温度下运行的情况下增加入口处的温度。因此，本发明被应用于通过在进入压缩机之前向制冷剂提供附加的加热，来防止压缩机因在低环境温度下进入的液态制冷剂而产生堵塞。
22.根据本发明的又一个优选实施例，再循环器被配置为用于增加第一热交换器的加热功率和第二热交换器的冷却功率中的至少一个。因此，施加了用于驱动由于再循环部分的制冷剂而增加负荷的压缩机的附加能量，以增加热泵回路的输出功率，这提供了用于加速家用干燥机的干燥过程的选择，即使这样做的代价是增加输入到压缩机的功率。因此，除了正常的并且被设计为不使制冷剂再循环的干燥模式之外，还为家用干燥机提供了加速干燥模式，从而增加了家用干燥机的应用灵活性。
23.根据本发明的又一优选实施例，第一再循环通道将压缩机从其出口桥接到其入口。因此，在实施本发明中采用了特别简单的布局。
24.根据本发明的又一优选实施例，第一再循环通道在第二膨胀装置的下游分支成包括第三膨胀装置的第二再循环通道以及包括第四膨胀装置的第三再循环通道，第二再循环通道连接到入口，第三再循环通道连接到位于第一膨胀装置的下游且第二热交换器的上游的制冷剂通道。由此，再循环的制冷剂部分或全部地通过第二热交换器，从而施加其能量来帮助在第二热交换器中蒸发制冷剂。
25.再次根据本发明的另一优选实施例，第三再循环通道通过第二喷射器连接到制冷
剂通道，其中，来自第三再循环通道的制冷剂通过第二驱动入口进入第二喷射器，来自制冷剂通道的制冷剂通过第二抽吸入口进入第二喷射器，并且在第二出口处离开的制冷剂流向第二热交换器。由此，通过如下方式有利地利用在被再循环的制冷剂中所包含的能量：施加其以主动地将离开第一膨胀装置的制冷剂推向第二热交换器，如在包括第一喷射器的实施例中详细描述的那样。
26.再次根据本发明的另一优选实施例，家用干燥机被实施为用于干燥衣物的衣物干燥机，其中，干燥室是可旋转的桶。
27.再次根据本发明的一个附加优选实施例，第二膨胀装置运行所根据的运行状态是家用干燥机的环境温度、第一热交换器的热功率和第二热交换器的冷却功率中的至少一个。
28.根据本发明的又一优选实施例，从出口再循环的制冷剂量在出口处离开的制冷剂总量的20％至40％之间、特别是25％至30％之间。另外优选地，风机的运行功率与第二膨胀装置的运行同时变化。根据本发明已观察到，通过使制冷剂的一部分从压缩机的出口再循环到其入口，可以增加第一热交换器的加热能力和第二热交换器的冷却能力，这是以增加压缩机的功率负荷为代价的，因为其必须由于再循环而推动更大量的制冷剂。在对于第一热交换器和第二热交换器的运行温度有一些残余依赖性的情况下，已观察到，加热和冷却能力的显著的最大值出现在20％至40％之间的再循环率下，该最大值总计使得比没有任何再循环时的加热和冷却能力增加约30％。根据再循环率，压缩机的输入功率的相关增加量从大约50％到大约180％。特别地，通过允许升高第一热交换器处的运行温度并同时降低第二热交换器处的运行温度，可以在大约25％的再循环率时获得最大的加热能力，而冷却能力基本上保持等于无任何再循环时的冷却能力。加热能力的最大值约为无任何再循环时的加热能力的10％。压缩机的输入功率增加了约90％。这以压缩机的附加输入功率为代价提供了用于减少干燥时间的需求的干燥选择。干燥时间的改善还可优选地通过增加风机的运行功率来设定，风机推动过程空气通道中的气流。
附图说明
29.参考附图，本发明的其他细节、益处和优点将从具体实施例的后续描述中变得显而易见。在附图中：
30.图1示出了根据本发明的家用干燥机的示意性剖视图，家用干燥机被实施为衣物干燥机，并且包括热泵回路的第一实施例；
31.图2示出了根据本发明的家用干燥机中的热泵回路的第二实施例；以及
32.图3示出了根据本发明的家用干燥机中的热泵回路的第三实施例。
具体实施方式
33.图1示出了实施为衣物干燥机1的家用干燥机1，其包括干燥室3和过程空气回路，其中，干燥室3是用于容纳待干燥的物品4的可旋转的桶3，待干燥物品是潮湿的衣物4，过程空气回路使过程空气的气流穿过干燥室3，过程空气回路包括空气通道5、用于驱动气流的风机6、用于在进入干燥室3之前加热气流的第一热交换器7和用于在离开干燥室3之后冷却气流的第二热交换器8。图1未示出用于支撑桶3和用于驱动桶3旋转的装置、例如电动机和
传动装置，这些装置根据常识存在于如图所示的家用干燥机1的实际实施中。过程空气回路还包括用于过滤绒毛的绒毛过滤器11，绒毛由过程气流从物品4中提取的颗粒组成。绒毛尤其以纺织纤维和其他特殊物质的小条的形式出现在衣物干燥机1中，并当衣物4在干燥过程中被旋转桶3在气流中翻滚时，它们从衣物释放出来。
34.图1的家用干燥机1还包括热泵回路，该热泵回路包括用于使制冷剂的制冷剂流循环的制冷剂通道9、作为热源的第一热交换器7、作为散热器的第二热交换器8、用于使制冷剂流膨胀的第一膨胀装置10以及用于驱动和压缩制冷剂流的压缩机12，制冷剂流依次循环通过压缩机12、第一热交换器7、第一膨胀装置10和第二热交换器8。
35.在图1的热泵回路中，制冷剂循环并由此循环地压缩和膨胀以及被冷却和加热，目的是通过在低压下蒸发制冷剂而在第二热交换器8中吸收热量，通过在高压下冷凝制冷剂而在第一热交换器7中释放热量。因此，第一热交换器7通常被指定为冷凝器，第二热交换器8通常被指定为蒸发器。在热泵回路中循环的制冷剂是丙烷，通常也称为r290。
36.压缩机12运行以在出口13处提供预定的高压，并且第二膨胀装置16根据如上详述的家用干燥机1的运行状态而运行。
37.热泵回路还包括用于使一部分制冷剂流从压缩机12的出口13再循环到入口14的再循环器，该再循环器包括第一再循环通道15和位于第一再循环通道15中的第二膨胀装置16。第一再循环通道15有利地设计成将压缩机12从其出口13桥接到其入口14。再循环器是旁路，其中来自压缩机12的出口13的热气可以部分地再循环到压缩机12的入口14，以改变家用干燥机1的运行状态，优选地适应于施加在家用干燥机1上的运行条件。这样的运行条件可以是家用干燥机1的环境温度或用户定义的期望、例如对物品4的特别快速干燥的需要。特别地，通过至少在家用干燥机1的启动期间增加制冷剂的旁路而运行，可以使压缩机12更快地加热，以确保即使在较低的环境温度下也能平稳安全地运行而不会产生堵塞。
38.家用干燥机1还包括用于控制家用干燥机1的运行的控制装置17，其中第二膨胀装置16是可操作地连接至控制装置17的调节阀16。控制装置17还可必需地或可选地设置用于控制家用干燥机1的其他部件、例如膨胀装置10、压缩机12以及将在随后描述的各种传感器。控制装置17还通过包括显示器和用于由用户输入命令和参数设置的各种设置装置来向用户提供接口。为了简单起见，这种显示和设置装置未在图1中示出。
39.图1的家用干燥机1还包括用于在运行期间感测家用干燥机1的运行状态的运行传感器18、19，运行传感器18、19可操作地连接至控制装置17，以向控制装置17提供与运行相关的传感器信号。控制装置17被配置为能够根据传感器信号运行第二膨胀装置16，从而根据运行参数控制制冷剂的再循环。
40.运行传感器18、19包括湿度传感器18，从而将运行状态限定为包括物品4的湿度。这使得能够根据物品4中的湿度来控制再循环。
41.运行传感器18、19还包括温度传感器19，从而将运行状态限定为包括家用干燥机1的环境温度。这使得能够根据环境温度来控制再循环，并且特别地使得能够进行制冷剂的再循环，以确保没有液态制冷剂到达压缩机，从而避免压缩机的堵塞。考虑到与通常设定为约20℃的普通室温相比，在相对较低的环境温度下使用家用干燥机1，这一点尤其重要。为此，在家用干燥机1在大幅低于正常室温的环境温度下运行的情况下，再循环器被配置为用于增加入口14处的温度。
42.温度传感器19还代表在器具1中应用多个温度传感器19的可能性，包括例如放置在制冷剂通道9中用于监测某些运行温度的一个或多个传感器。特别地，可以将另外的传感器放置在第一热交换器7的出口处。
43.家用干燥机1中的再循环器还被配置为用于通过使在出口13处离开压缩机12的制冷剂的一部分再循环，来增加第一热交换器7的加热功率与第二热交换器8的冷却功率中的至少一个。因此，除了环境温度和本文其他地方说明的其他因素外，加热功率和冷却功率也应被视为相关的运行状态。因此，施加了用于驱动由于再循环部分的制冷剂而增加负荷的压缩机12的附加能量，以增加热泵回路的输出功率，这提供了用于加速家用干燥机1的干燥过程的选择，即使这样做的代价是增加输入到压缩机12的功率。因此，除了正常并且被设计为不使制冷剂再循环的干燥模式之外，还为家用干燥机1提供了加速干燥模式，从而增加了家用干燥机1的应用灵活性。
44.本方法中从出口13再循环的制冷剂量为在出口13处离开的制冷剂总量的20％至40％、特别是25％至30％。风机6的运行功率与第二膨胀装置16的运行同时变化。通过使制冷剂的一部分从出口13再循环到入口14，可以增加第一热交换器7的加热能力和第二热交换器8的冷却能力，这是以增加压缩机12的功率负荷为代价的，因为其必须由于再循环而推动更大量的制冷剂。在对于第一热交换器7和第二热交换器8的运行温度有一些残余依赖性的情况下，加热和冷却能力的显著的最大值出现在20％至40％之间的再循环率下，该最大值总计使得比无何再循环时的加热和冷却能力增加约30％。根据再循环率，压缩机12的输入功率的相关增加量从大约50％到大约180％。通过允许升高第一热交换器7处的运行温度并同时降低第二热交换器8处的运行温度，可以在大约25％的再循环率时获得最大的加热能力，而冷却能力基本上保持等于无任何再循环时的冷却能力。加热能力的最大值约为无任何再循环时的加热能力的10％。压缩机12的输入功率增加了约90％。这以压缩机12的附加输入功率为代价提供了用于减少干燥时间的需求的干燥选择。干燥时间的改善还可优选地通过增加风机6的运行功率来设定，风机推动过程空气通道5中的气流。
45.根据图2所示的热泵回路的实施例，再循环器通过第一喷射器20连接到入口14，其中，来自再循环器的制冷剂通过第一驱动入口21进入第一喷射器，来自制冷剂通道9的制冷剂通过第一抽吸入口22进入第一喷射器，并且从第一出口23处离开的制冷剂流向压缩机12。在这种实施例中，通过如下方式来使用在被再循环的制冷剂中所包含的能量：施加其以主动地将离开第二热交换器的制冷剂朝向压缩机推动。第一喷射器20包括使通过驱动入口21进入的制冷剂膨胀，从而将压力转换成速度并形成射流的功能，该射流夹带并推动通过抽吸入口22进入的制冷剂到第一出口23。
46.根据图3中所示的热泵回路的实施例，第一再循环通道15在第二膨胀装置16下游分支成包括第三膨胀装置25的第二再循环通道24以及包括第四膨胀装置27的第三再循环通道26。第二再循环通道24连接到入口14，第三再循环通道26连接到位于第一膨胀装置10下游且第二热交换器8上游的制冷剂通道9。由此，再循环的制冷剂部分或全部地通过第二热交换器8，施加其能量来帮助在第二热交换器8中蒸发制冷剂，从而具有避免液态制冷剂在入口14处出现的优点。
47.第三再循环通道26通过第二喷射器28连接到制冷剂通道9，其中，来自第三再循环通道26的制冷剂通过第二驱动入口29进入第二喷射器，来自制冷剂通道9的制冷剂通过第
二抽吸入口30进入第二喷射器，并且在第二出口31处离开的制冷剂流向第二热交换器8。由此，通过如下方式有利地利用在被再循环的制冷剂中所包含的能量：施加其以主动地将离开第一膨胀装置10的制冷剂推向第二热交换器8，如在图2中包括第一喷射器20的实施例中详细描述的那样。
48.本发明的优点包括通过根据相关的运行条件或各种运行参数、例如在运行中出现在热泵回路中的一些温度或压力，来调节热泵回路的工作点从而改善性能。另外，调节制冷剂的旁路可以使得能够通过增加热泵回路中的热源的加热能力和散热器的冷却能力，而更快地干燥待干燥的物品。还提供了一种用于改变家用干燥机中的热泵回路的工作点的简单解决方案，该解决方案使用简单、廉价且快速组装的装置来替代本身在运行中可变的压缩机、例如变速压缩机。
49.附图标记列表
[0050]1ꢀꢀ
家用干燥机或衣物干燥机
[0051]2ꢀꢀ
壳体
[0052]3ꢀꢀ
处理室或桶
[0053]4ꢀꢀ
待干燥的物品或衣物
[0054]5ꢀꢀ
空气通道
[0055]6ꢀꢀ
风机
[0056]7ꢀꢀ
第一热交换器
[0057]8ꢀꢀ
第二热交换器
[0058]9ꢀꢀ
制冷剂通道
[0059]
10 第一膨胀装置
[0060]
11 绒毛过滤器
[0061]
12 压缩机
[0062]
13 压缩机的出口
[0063]
14 压缩机的入口
[0064]
15 第一再循环通道
[0065]
16 第二膨胀装置
[0066]
17 控制装置
[0067]
18 湿度传感器
[0068]
19 温度传感器
[0069]
20 第一喷射器
[0070]
21 第一驱动入口
[0071]
22 第一抽吸入口
[0072]
23 第一出口
[0073]
24 第二再循环通道
[0074]
25 第三膨胀装置
[0075]
26 第三再循环通道
[0076]
27 第四膨胀装置
[0077]
28 第二喷射器
[0078]
29 第二驱动入口
[0079]
30 第二抽吸入口
[0080]
31 第二出口