熱泵衣物干燥機及優化這種熱泵衣物干燥機的熱交換的方法
【專利說明】熱累衣物干燥機及優化這種熱累衣物干燥機的熱交換的方 法 發明領域
[0001] 本發明設及一種包括熱累的衣物干燥機，更具體地設及一種優化能量消耗和/或 干燥周期的持續時間的衣物干燥機。另外，本發明設及一種優化運種熱累的熱交換的方法。
【背景技術】
[0002] 大多數干燥機包括被稱為滾筒的旋轉滾筒，因此被稱為滾筒式干燥機，加熱的空 氣循環穿過旋轉滾筒W便使水分從負載上蒸發。滾筒圍繞其軸線旋轉。
[0003] 已知的衣物干燥機包括兩種類別：冷凝式衣物干燥機和通氣式衣物干燥機。第一 類別的干燥機使從滾筒排出的空氣循環穿過熱交換器/冷凝器W便冷卻空氣并冷凝水分； 隨后，在已經使用加熱器加熱空氣之后，干燥機使空氣返回再循環穿過滾筒。在操作過程 中，第二類別的干燥機從周圍區域抽取空氣、加熱空氣、將空氣吹送到滾筒中，然后通過通 風孔將空氣排到外部。
[0004] 總體上，由于第一類別的干燥機并不要求適當安裝特殊裝置、諸如將來自滾筒的 潮濕熱空氣排出的排氣道，所W它們在市場中是最常見的。然而，通常地，對于相同功率和 相同負載量，冷凝式干燥機的干燥周期比通風式干燥機中的等周期長。
[0005] 根據現有技術已經建議了若干解決方案，W便改進冷凝式干燥機和通風式干燥機 的效率。具體地，熱累技術已經應用于衣物干燥機，W便提高干燥衣服的效率。在傳統熱累 干燥器中，空氣在閉環中流動。通過風扇移動的空氣穿過滾筒，從濕衣服除去水，然后空氣 在熱累蒸發器中被冷卻下來并被除濕、并且在熱累冷凝器中被加熱，W便被重新添加到滾 筒之中。為了運行，熱累包含空氣與之進行熱交換的制冷劑，并且制冷劑由壓縮機壓縮，在 層壓在膨脹裝置中的冷凝器中冷凝，然后在蒸發器中蒸發。
[0006] EP1209277披露了一種熱累衣服干燥機器，其中用于驅動容納有待干燥的衣服的 滾筒的電機也連接到使干燥空氣循環的第一風扇上W及冷卻壓縮機的第二風扇上。
[0007] US2011/0280736設及一種控制干燥機的方法。一種控制包括具有變速式壓縮機 的熱累的干燥機的方法，該控制方法包括W下步驟：選擇供應空氣或干燥空氣的至少一種 路線；在實行選定的路線時，將壓縮機的啟動速度增加到目標速度；并且調整設置在熱累 中的膨脹閥的開度。
[0008] 發巧概沐
[0009] 本發明設及一種用于干燥衣服及其他服裝的衣物干燥機，該衣物干燥機包括具有 第一熱交換器和第二熱交換器的熱累。本發明的衣物干燥機可W包括通風式干燥機抑或冷 凝式干燥機。本發明的衣物干燥機中的熱交換器的構型是運樣W使得根據衣物干燥機的特 定幾何結構實現、基本上專口定制最佳熱傳遞能力。優選地，根據衣物干燥機的內部部件的 布局、尤其優選地是空氣回路和風扇的布局，具有該特定空氣回路布局的衣物干燥機的用 于最大化制冷劑與處理空氣之間熱交換的熱交換器的優化幾何結構是根據本發明可獲得 的。此外，也披露了一種優化運種熱交換的方法。
[0010] 熱累干燥機包括干燥室、諸如滾筒，有待干燥的負載、例如衣服被放置在干燥室 中。干燥室是處理空氣回路的部分；具體地，該處理空氣回路在冷凝式干燥機的情況下是閉 環回路或在通風式干燥機的情況下是開放回路，在兩種情況下，該處理空氣回路都包括用 于導送空氣流W干燥負載的通風道。處理空氣回路W其兩個相反端部連接到干燥室上。優 選地，加熱的已除濕空氣被饋送到干燥室中，從而在衣物之上流動，并且所得的潮濕冷卻空 氣離開所洗的衣物。水蒸氣中所富含的潮濕空氣流然后被饋送到熱累的蒸發器中，在蒸發 器中，濕潤溫暖的處理空氣被冷卻并且其中所存在的濕氣冷凝。所得的冷卻的已除濕空氣 然后被排放到干燥機外部、該干燥機所位于的環境中，或該空氣在閉環回路中繼續。在運第 二種情況下，處理回路中的已除濕空氣然后在再次進入干燥室中之前借助于熱累的冷凝器 來加熱，并且整個循環在干燥周期結束之前一直重復。可替代地，環境空氣經由進氣道從環 境進入熱累的冷凝器中，并且環境空氣在進入干燥室之前由熱累的冷凝器加熱。
[0011] 該設備的熱累包括制冷劑回路，制冷劑可W在該制冷劑回路中流動并且該制冷劑 回路經由管材連接第一熱交換器或冷凝器、第二熱交換器或蒸發器、壓縮機和降壓裝置。制 冷劑由壓縮機加壓并循環穿過系統。在壓縮機的排出側，熱且高度加壓的蒸氣在被稱為冷 凝器的第一熱交換器中被冷卻，直到它冷凝成高壓、中等溫度的液體為止，從而在處理空氣 被引入到干燥室中之前對其進行加熱。冷凝的制冷劑然后穿過降壓裝置，諸如膨脹裝置，例 如阻氣n、閥或毛細管。低壓液態制冷劑然后進入第二熱交換器、即蒸發器中，在該第二熱 交換器中，流體由于與離開干燥室的處理空氣進行熱交換而吸收熱量并蒸發。制冷劑然后 返回到壓縮機并且該循環重復。
[0012] 在一些實施例中，在第一熱交換器和/或第二熱交換器中，制冷劑可能不經受相 變。
[0013] 在下文中，用術語"下游"和/或"上游"指示參考流體在管道內部的流動方向的 位置。另外地，在本語境中，術語"豎直"和"水平"是指元件相對于處于其正常安裝或運行 中的干燥機的位置。實際上，在3-D空間限定了由兩個水平垂直的方向X、Y形成的水平平 面狂，Y)，并且也限定了垂直于水平平面的豎直方向Z。
[0014]申請人已經考慮到一種熱累干燥機，其中熱累的第一熱交換器和/或第二熱交換 器包括如下實現的一個或多個模塊。每個模塊包括兩個聯管箱，它們可W是允許制冷劑流 入模塊中的進入聯管箱和/或允許制冷劑從模塊排出的出口聯管箱。進一步，模塊包括在 堆疊方向上堆疊的多個熱交換層（例如，運些層沿著給定方向彼此上下地被布置）。每個熱 交換層包括用于制冷劑流的多于一個通道，運些通道彼此鄰近地位于該層內。運些通道與 進口聯管箱和/或出口聯管箱處于流體聯通，運樣允許制冷劑從進口聯管箱流動到出口聯 管箱和/或反之亦然。優選地，該多個通道在每個熱交換器層內與彼此平行。每個熱交換 層限定兩個相反端部，其中之一被固定到所述進口抑或出口聯管箱上，運些層因此與該進 口聯管箱和/或出口聯管箱偏離。
[0015] 優選地，在每個熱交換層內，該多個通道也基本上彼此平行，然而，它們也可W成 角度或它們可W具有不規則形狀。
[0016] 優選地，堆疊方向是豎直方向，并且運些熱交換層彼此上下地堆疊。
[0017] 運些熱交換層具有取決于實現層的通道數量的給定寬度，W及對應于形成層的通 道的縱向延伸的縱向延伸。寬度和縱向延伸方向優選地限定平面。運個平面可能垂直于層 的豎直堆疊方向，或它可W與該豎直堆疊方向形成角度。可替代地，熱交換層可W相對于彼 此傾斜或可W彼此上下地形成弓形。
[001引優選地，在堆疊方向上的相鄰（即在堆疊方向上鄰近的）層的通道由翅片連接。
[0019] 應當理解的是，進口聯管箱和出口聯管箱可W與彼此相距給定距離，運樣使得熱 交換層在它們的相反端部處對應地連接到進口聯管箱和出口聯管箱上，例如熱交換層被 插置在進口聯管箱與出口聯管箱之間，或進口聯管箱和出口聯管箱可W彼此相接觸或鄰近 地、例如彼此上下地定位，運樣使得熱交換層的一個端部連接到進口聯管箱上或出口聯管 箱上并且相反端部連接到中間聯管箱上。在第一種情況下，制冷劑從橋接單個熱交換層的 進口聯管箱流動到出口聯管箱，而在第二種情況下，從進口聯管箱開始，制冷劑必須流動穿 過至少兩個熱交換層，一個是在一個方向上流動并且一個是在基本上相反的方向上流動， W便到達出口聯管箱。
[0020] 該多個通道至少部分地經受處理空氣流，運樣使得在通道內流動的制冷劑與處理 空氣之間存在熱交換。因此，至少部分地為此目的，對于它們的整個延伸而言優選的是，第 一熱交換器和/或第二熱交換器的模塊的熱交換層的通道位于通風道內，該通風道是處理 空氣回路的部分。
[0021] 聯管箱具有保持不同層的功能并且作為用于制冷劑進入模塊中的進口和/或出 P。
[0022] 申請人已經意識到，在已知衣物干燥機的空氣回路中流動的處理空氣在空間上并 不是均勻的，換言之，它在空氣管道內并不具有統一的空間流速。取空氣管道在其任何位置 中的橫截面，流動穿過該截面的空氣在該截面的不同點中具有總體上不同的速度，并且此 夕F，流速在該截面的不同區域中是不同的。因此，針對空氣管道的每個截面，可W根據每個 區域中的流速的值來限定不同區域。
[0023] 例如，給定流動穿過給定空氣回路截面的處理空氣的平均流速，根據針對特定區 域所計算的處理空氣的流速當與平均流速相比較時的相對值，可W限定"高"區域、"非常 高"區域、"低"區域W及"非常低"區域。
[0024] 此外，空氣的流動方向同樣并不總是平行于空氣管道的壁。處理空氣流的流線可 W遵循空氣回路內的復雜圖案。
[0025] 運種不均勻性是由于空氣管道本身的構造：衣物干燥機內部的處理空氣通常并非 沿著筆直風道流動，相反地，在管道W及例如像線頭過濾器的元件中存在處理空氣流必須 遍歷的并且可能造成端流和流量偏差的若干彎管和彎曲部分。
[0026] 作為舉例，在一些干燥機中，處理空氣通過在殼體的口的邊界中實現的孔離開干 燥室，并且處理空氣向下彎曲從而穿過過濾器W便收集線頭。更進一步，處理空氣再次彎曲 W便在殼體的基部內流動，在該基部中存在總體上可供用于定位熱累的熱交換器的空間。
[0027] 在其他干燥機中，處理空氣通過在干燥室本身中、在干燥室的最上部區域中實現 的孔離開該室，并且經由在該室的最下部區域中實現的孔返回該室中，處理空氣由此在衣 物干燥機的殼體的頂部區域上流動，熱交換器被定位在頂部區域中W便與處理空氣交換熱 量。
[0028] 更進一步，總體上，風扇存在于空氣管道中W便吹送處理空氣，從而強制處理空氣 沿著空氣回路本身循環。同樣地，由于由殼體限制的容積W及該容積內部的若干元件的存 在所強加的約束，風扇并非總是相對于空氣管道居中地定位的，而是它可能是偏屯、的，運暗 示它將空氣吹送到距離管道的側壁中的一個（或多個）比另一個（其他）更近。因此，風 扇的運種偏屯、也在穿過空氣管道的處理空氣的流速上造成不對稱性。
[0029] 此外，風扇的有效區域的橫截面的尺寸、例如在運轉中形成圓周（空氣沿著該圓 周被吹送）的葉片的寬度，總體上不同于熱交換器的有效區域的橫截面、例如其中發生熱 交換的區域。
[0030] 熱交換器所位于的風道內的處理空氣流的均勻性或不均勻性還取決于熱交換器 它們自己與風扇之間的相對位置。
[0031] 優選地，沿著空氣回路，風扇可W位于冷凝器下游并且位于干燥室上游，或位于蒸 發器上游并且位于干燥室下游。
[0032] 由于熱交換主要在形成熱交換層的通道中發生，并且當翅片存在時，任選地在連 接堆疊的熱交換層的翅片中發生，所W申請人已經意識到，流動穿過模塊的處理空氣的空 間不均勻性也影響模塊的熱交換效率。熱交換器總體上被設計用于最大化必須交換熱量的 兩種流體（在運種情況下是制冷劑和處理空氣）之間的表面積，同時最小化對穿過交換器 的流體流的阻力。因此，總體上，模塊被設計成具有不同的堆疊的熱交換層之間的給定距離 和給定翅片，對給定距離和給定翅片的挑選考慮到與運些表面交換熱量的處理空氣的可能 的平均值。然而，在不均勻流的情況下，模塊中存在W下區域，在運些區域中，由于所存在的 幾何結構（例如，由于模塊的運些區域中可供用于熱交換的表面的量）而有"太多空氣"遍 歷它們；并且模塊中存在其他區域，運些其他區域由于流動穿過它們的處理空氣的有限量 而基本上是超尺寸的。因此，對于模塊中所存在的可用表面，損失了效率并且發生較少的熱 交換。
[0033] 申請人因此已經意識到，可W改動模塊的幾何結構，而不改變可供用于熱交換的 總表面延伸，運暗示著不改變建造模塊的成本和制造復雜性。換言之，申請人已經意識到， 可W用更有效的方式使用可供用于熱交換的表面。
[0034] 申請人已經理解，將可供用于熱交換的表面大部分定位在模塊內"有需要的地 方"、即其中存在最高處理空氣流速的地方，將優化熱交換。如所提及的，熱交換主要在熱交 換層的相應之處W及翅片的相應之處（當翅片存在于熱交換層之間時）發生。
[0035] 為了優化熱交換，申請人已經優化翅片和/或熱交換層的幾何構型，W便獲得其 中處理空氣流動得最強的熱交換表面的最大延伸。申請人已經發現，修改熱交換層之間的 距離或翅片的間距、抑或兩者實現所希望的熱交換效率。
[0036] 翅片間距是指帶翅片熱交換器的翅片之間的間隔。翅片間距通常作為W翅片數/ 厘米為單位來表達的翅片密度的量度來敘述。翅片間距總體上是從一個翅片的中屯、線到另 一個測量的并且可W從對翅片間隔（翅片之間的距離）和翅片厚度求和來確定。總而言之， 較小的翅片間距產生可W移除更多熱量的較緊湊的翅片陣列。
[0037] 在本語境中，翅片是從物體延伸W便通過增加對流來熱傳遞速率的表面。
[0038] 將翅片添加到物體（在運種情況下是熱交換層的表面）上增加了