БЫТОВАЯ СУШИЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ БЕЛЬЯ
HOUSEHOLD DRYING MACHINE FOR LINEN

Изобретение относится к бытовой сушильной машине для белья, в частности, к машине с вращающимся барабаном, описание которой приводится далее исключительно в качестве примера.
Известные сушильные машины с вращающимся барабаном обычно содержат внешний корпус, выполненный по существу в форме параллелепипеда; цилиндрический барабан для размещения подлежащего сушке белья, установленный в корпусе с возможностью вращения вокруг горизонтальной продольной оси и расположенный непосредственно напротив отверстия для загрузки и выгрузки белья, выполненного в передней стороне корпуса; дверцу, шарнирно установленную на передней стороне корпуса с возможностью поворота из закрытого в открытое положение и обратно для закрытия отверстия в передней стороне корпуса и герметизации корпуса и барабана; а также электропривод для вращения барабана.
Сушильные машины для белья с вращающимся барабаном вышеуказанного типа также содержат калорифер с замкнутым контуром, обеспечивающий внутри вращающегося барабана циркуляцию горячего воздуха с низким содержанием влаги, который проходит через вращающийся барабан и белье внутри барабана для быстрой сушки белья.
В некоторых недавно появившихся на рынке сушильных машинах для белья с вращающимся барабаном калорифер с замкнутым контуром содержит трубопровод рециркуляции воздуха, соединенный двумя своими концами с вращающимся барабаном с противоположных его сторон. Вдоль трубопровода рециркуляции расположен электрический центробежный вентилятор для создания внутри этого трубопровода воздушного потока, проходящего через вращающийся барабан. Также имеется теплонасосный агрегат, два теплообменника которого расположены один за другим вдоль трубопровода рециркуляции воздуха. Первый теплообменник типа воздух/хладагент обеспечивает быстрое охлаждение поступающего из вращающегося барабана воздуха для конденсации избыточной влаги из воздушного потока, а второй теплообменник типа воздух/хладагент обеспечивает быстрый нагрев воздуха, поступающего из первого теплообменника и направляемого обратно во вращающийся барабан, в результате чего воздушный поток, вновь попадающий во вращающийся барабан, быстро нагревается до температуры, большей или равной температуре воздуха, выходящего из вращающегося барабана.
В частности, теплонасосный агрегат калорифера обычно содержит:
- поршневой компрессор, который сжимает находящийся в газообразном состоянии хладагент, так что давление и температура хладагента на выходе из компрессора становятся значительно выше, чем на его входе;
- первый теплообменник типа воздух/хладагент, обычно называемый конденсатором, через который одновременно проходят выходящий из компрессора хладагент и воздух, входящий во вращающийся барабан, причем конструкция этого теплообменника выполнена так, что хладагент отдает тепло воздуху, входящему во вращающийся барабан, а сам при этом конденсируется и переходит в жидкое состояние;
- второй теплообменник типа воздух/хладагент, обычно называемый испарителем, через который одновременно проходят подаваемый в компрессор хладагент и выходящий из вращающегося барабана воздух, причем конструкция этого теплообменника выполнена так, что хладагент забирает тепло из воздуха, выходящего из вращающегося барабана, вызывая конденсацию избыточной влаги из воздушного потока, а сам при этом полностью возвращается в газообразное состояние;
- средство дросселирования жидкого хладагента, обеспечивающее быстрое расширение выходящего из конденсатора хладагента в испарителе, в результате чего давление и температура поступающего в испаритель хладагента становятся значительно ниже давления и температуры хладагента на выходе из конденсатора, возвращая тем самым хладагент обратно в газообразное состояние, завершая замкнутый термодинамический цикл и выполняя работу, противоположную работе поршневого компрессора, сжимающего хладагент.
Очевидно, что испаритель и конденсатор теплонасосного агрегата расположены по длине трубопровода рециркуляции воздуха таким образом, что испаритель обеспечивает быстрое охлаждение выходящего из вращающегося барабана воздуха для конденсации избыточной влаги, а конденсатор обеспечивает быстрый нагрев воздуха, выходящего из испарителя и направляемого обратно во вращающийся барабан, в результате чего входящий в барабан воздух быстро нагревается до температуры большей или равной температуре, которую имел этот же воздух на выходе из барабана.
К сожалению, несмотря на то, что этот тип сушильной машины с вращающимся барабаном имеет высокую эффективность, ограниченная эксплуатационная гибкость теплонасосного агрегата является объектом частой критики со стороны конечных пользователей. На практике из-за применения односкоростного поршневого компрессора постоянной производительности этот тип сушильной машины с вращающимся барабаном является достаточно шумным и может выполнять единственный тип сушильного цикла, который подходит для стандартной одежды, но может вызвать необратимые повреждения сверхчувствительной одежды. Фактически, необратимые повреждения данного типа одежды происходят при сушке с использованием горячего воздуха с температурой выше 50°С.
Задачей настоящего изобретения является создание сушильной машины с вращающимся барабаном, конструкция которой позволит устранить вышеупомянутые недостатки.
В соответствии с настоящим изобретением разработана бытовая сушильная машина, охарактеризованная в пункте 1 формулы изобретения и предпочтительно, хотя и не обязательно, в любом пункте формулы изобретения, прямо или косвенно зависящим от пункта 1.
Вариант осуществления настоящего изобретения приведен далее в качестве примера со ссылками на чертежи.
На фиг.1 схематично показана бытовая сушильная машина для белья (часть деталей условно не показана) согласно изобретению, вид в разрезе;
фиг.2 - вариант выполнения сушильной машины, изображенной на фиг.1.
Как показано на фиг.1, бытовая сушильная машина, обозначенная общей позицией 1, содержит внешний корпус 2, предпочтительно, но не обязательно, выполненный в форме параллелепипеда; установленный в нем с возможностью вращения вращающийся барабан 3 для размещения подлежащего сушке белья, предпочтительно, но не обязательно, имеющий цилиндрическую форму и расположенный непосредственно напротив выполненного в передней стороне корпуса 2 отверстия 2а для загрузки и выгрузки белья, а также дверцу 4, шарнирно установленную на передней стороне корпуса 2 с возможностью поворота из закрытого в открытое положение и обратно для закрытия отверстия 2а и герметизации вращающегося барабана 3.
В показанном примере вращающийся барабан 3 расположен в корпусе 2 горизонтально на нескольких горизонтальных опорных роликах 5, расположенных в корпусе 2 для обеспечения свободного вращения вращающегося барабана 3 вокруг его продольной оси L.
Корпус 2, вращающийся барабан 3, дверца 4 и опорные ролики 5 являются общеизвестными деталями в данной области техники, и поэтому их подробное описание опущено.
Как показано на фиг.1, сушильная машина 1 также содержит электропривод 6 для приведения по команде во вращение вращающегося барабана 3 вокруг его продольной оси L внутри корпуса 2; а также калорифер 7 с замкнутым контуром, расположенный внутри корпуса 2 и предназначенный для обеспечения прохождения горячего воздуха с низким уровнем влажности через вращающийся барабан 3 для быстрого высушивания находящегося в нем белья.
В частности, калорифер 7 обеспечивает постепенное вытягивание воздуха из вращающегося барабана 3, удаление избыточной влаги из этого воздуха, нагрев осушенного воздуха до заданной температуры, обычно более высокой, чем температура воздуха на выходе из вращающегося барабана 3, а также подачу нагретого осушенного воздуха обратно во вращающийся барабан 3, где он проходит через находящееся внутри барабана белье для его быстрой сушки.
Другими словами, калорифер 7 обеспечивает непрерывное осушение и нагрев воздуха, проходящего через барабан 3, для обеспечения быстрой сушки находящегося внутри него белья, и в основном содержит:
- трубопровод 8 рециркуляции воздуха, соединенный двумя своими концами с вращающимся барабаном 3 с противоположных его сторон;
- электрический центробежный вентилятор 9 или циркуляционный насос другого типа, расположенный в рециркуляционном трубопроводе 8 для создания в нем потока f воздуха, который заходит во вращающийся барабан 3 и проходит через белье, расположенное внутри барабана 3;
- теплонасосный агрегат 10, выполненный с возможностью быстрого охлаждения выходящего из вращающегося барабана 3 потока f воздуха для конденсации содержащейся в нем избыточной влаги и последующего быстрого нагрева возвращающегося во вращающийся барабан 3 воздушного потока f до температуры, более высокой или равной температуре этого же воздуха, выходящего из вращающегося барабана.
В показанном примере входной конец рециркуляционного трубопровода 8 встроен в дверцу 4 и расположен напротив переднего отверстия вращающегося барабана 3; торцевая стенка 3a вращающегося барабана 3 является перфорированной или, по крайней мере, проницаемой для воздуха и позволяет воздуху входить в барабан 3; а выходной конец рециркуляционного трубопровода 8 герметично соединен непосредственно с торцевой стенкой 3a вращающегося барабана 3.
Что касается электрического центробежного вентилятора 9, то его конструкция обеспечивает создание потока f воздуха вдоль рециркуляционного трубопровода 8 от его входного конца, т.е. от дверцы 4, к его выпускному концу, т.е. к перфорированной торцевой стенке 3a вращающегося барабана 3.
Как показано на фиг.1, теплонасосный агрегат 10 работает как стандартный тепловой насос, способный передавать тепло от одной жидкости к другой за счет использования промежуточного газообразного хладагента, работающего по замкнутому термодинамическому циклу. Термодинамические законы которого широко известны и поэтому их подробное описание не приводится.
Теплонасосный агрегат 10 содержит:
- электроприводное компрессор 11 для сжатия хладагента, которое подвергает газообразный хладагент сжатию (например, адиабатическому), так что давление и температура хладагента на выходе из него значительно выше, чем на входе;
- первый теплообменник 12 типа воздух/хладагент, расположенный в рециркуляционном трубопроводе 8 предпочтительно, но не обязательно, на выходе из вентилятора 9 и выполненный таким образом, что поток f выходящего из вращающегося барабана 3 воздуха и подающийся во входное отверстие компрессора 11 хладагент проходят через него одновременно, за счет чего хладагент, имеющий более низкую температуру, чем воздушный поток f, забирает тепло из воздушного потока f, вызывая конденсацию избыточной влаги в воздушном потоке f;
- второй теплообменник 13 типа воздух/хладагент, расположенный в рециркуляционном трубопроводе 8 предпочтительно, но не обязательно, на выходе из теплообменника 12 и выполненный так, что направляемый во вращающийся барабан 3 воздушный поток f и хладагент из выходного отверстия компрессора 11 проходят через него одновременно, за счет чего хладагент, имеющий более высокую температуру, отдает тепло воздушному потоку f, быстро нагревая его до температуры, превышающей температуру выходящего из теплообменника 12 воздушного потока f и преимущественно, но не обязательно, превышающей температуру воздуха, выходящего из вращающегося барабана 3;
- дроссельный вентиль или аналогичное устройство 14 расширения хладагента, которое обеспечивает быстрое расширение хладагента, текущего из второго теплообменника 13 в первый теплообменник 12, в результате чего давление и температура поступающего в теплообменник 12 хладагента значительно ниже давления и температуры хладагента, выходящего из теплообменника 13, завершая тем самым замкнутый термодинамический цикл с совершением работы, противоположной работе компрессора 11, обеспечивающего быстрое сжатие хладагента.
Кроме того, теплонасосный агрегат 10 содержит несколько соответствующих соединительных трубок, соединяющих между собой компрессор 11, теплообменник 12, теплообменник 13 и устройство 14 расширения хладагента с образованием замкнутого контура, позволяя хладагенту, выходящему из компрессора 11, последовательно протекать через теплообменник 13, устройство 14 расширения хладагента и теплообменник 12 перед возвращением во входное отверстие компрессора 11.
В отличие от известных сушильных машин для белья калорифер 7 содержит также по меньшей мере второй теплонасосный агрегат 15, который совместно с теплонасосным агрегатом 10 или вместо него способен быстро охлаждать выходящий из вращающегося барабана 3 воздушный поток f для конденсации избыточной влаги и последующего быстрого нагрева этого воздушного потока f, возвращающегося во вращающийся барабан 3, так что поступающий во вращающийся барабан 3 воздушный поток, быстро нагревается до температуры, более высокой или равной температуре воздуха на выходе из вращающегося барабана.
Как показано на фиг.1, теплонасосный агрегат 15, аналогичный теплонасосному агрегату 10, содержит:
- электроприводной компрессор 16 для сжатия хладагента, который подвергает газообразный хладагент сжатию (например, адиабатическому), так что давление и температура хладагента на выходе из него значительно выше, чем на входе;
- первый теплообменник 17 типа воздух/хладагент, расположенный в рециркуляционном трубопроводе 8 перед теплообменником 12 и предпочтительно, но не обязательно, за центробежным вентилятором 9 и выполненный таким образом, что выходящий из вращающегося барабана 3 воздушный поток f и поступающий во входное отверстие компрессора 16 хладагент проходят через него одновременно, за счет чего хладагент, имеющий более низкую температуру, чем воздушный поток f, забирает тепло из воздушного потока f, вызывая конденсацию избыточной влаги в воздушном потоке f;
- второй теплообменник 18 типа воздух/хладагент, расположенный в рециркуляционном трубопроводе 8 за теплообменником 17 и непосредственно перед теплообменником 13 и выполненный таким образом, что направляемый во вращающийся барабан 3 воздушный поток f и хладагент из выходного отверстия компрессора 16 проходят через него одновременно, за счет чего хладагент, имеющий более высокую температуру отдает тепло воздушному потоку f, быстро нагревая воздушный поток f до температуры, превышающей температуру воздуха, выходящего из теплообменника 12 и 17, и преимущественно, но не обязательно, до температуры, большей или равной температуре воздуха, выходящего из вращающегося барабана 3;
- дроссельный вентиль или аналогичное устройство 19 расширения хладагента, которое обеспечивает быстрое расширение хладагента, текущего из второго теплообменника 18 в первый теплообменник 17, в результате чего давление и температура поступающего в теплообменник 17 хладагента значительно ниже давления и температуры хладагента, выходящего из теплообменника 18, завершая тем самым замкнутый термодинамический цикл с совершением работы, противоположной работе компрессора 16, обеспечивающего быстрое сжатие хладагента.
Теплонасосный агрегат 15, аналогично теплонасосному агрегату 10, содержит несколько соответствующих соединительных трубок, соединяющих между собой компрессор 16, теплообменник 17, теплообменник 18 и устройство 19 расширения хладагента с образованием замкнутого контура, позволяя хладагенту, выходящему из компрессора 16, последовательно проходить через теплообменник 18, устройство 19 расширения хладагента и теплообменник 17 перед возвращением во входное отверстие компрессора 16.
Дополнительно следует отметить, что производительность компрессора 11 может быть равна, больше или меньше производительности компрессора 16, благодаря чему теплонасосный агрегат 10 может обладать такой же, большей или меньшей нагревательной и охлаждающей мощностью по сравнению с теплонасосным агрегатом 15.
В частности, в приведенном примере производительность компрессора 11 в два раза превышает производительность компрессора 16, благодаря чему теплонасосный агрегат 10 обладает в два раза большей нагревательной и охлаждающей способностью, чем теплонасосный агрегат 15.
Кроме того, компрессор 11 предпочтительно, но и не обязательно, представляет собой ротационный компрессор, например, ротационный винтовой компрессор, ротационный лопастной компрессор или спиральный компрессор. Аналогичным образом в показанном примере компрессор 16 предпочтительно, но не обязательно, также является ротационным компрессором.
Как показано на фигуре 1, сушильная машина 1 для белья содержит центральный электронный блок управления 20, который выключает и включает компрессоры 11 и 16 независимо один от другого в соответствии с конкретным выбранным пользователем циклом сушки для попеременного или одновременного включения теплонасосных агрегатов 10 и 15.
Общие принципы функционирования сушильной машины 1 очевидны из вышеприведенного описания и не требуют дополнительных пояснений.
Наличие двух независимых теплонасосных агрегатов имеет множество преимуществ. Путем включения только малого ротационного компрессора (компрессора 16), или только большого ротационного компрессора (компрессора 11) или одновременно двух компрессоров работа калорифера 7 осуществляется на трех различных уровнях мощности, что существенно повышает эксплуатационную гибкость сушильной машины.
Так, за счет независимого включения компрессоров 11 и 16 сушильная машина 1 может настраивать сушильные характеристики калорифера 7 в соответствии с типом одежды, помещенной во вращающийся барабан 3.
Например, теплонасосный агрегат 15 может быть отрегулирован таким образом, чтобы температура создаваемого им воздушного потока f осушенного теплого воздуха на входе в барабан 3 была чуть ниже допустимой для сврехчувствительной одежды (т.е. 50°C); тогда как теплонасосный агрегат 10 может быть отрегулирован так, чтобы совместно с теплонасосным агрегатом 15 обеспечивать создание потока f осушенного теплого воздуха на входе в барабан 3 с температурой, подходящей для обычной одежды (т.е. 70°C).
Кроме того, при выполнении стандартного цикла сушки блок 20 управления может попеременно приводить в действие либо теплонасосный агрегат 10, либо теплонасосный агрегат 15 в соответствии с действительным уровнем влажности одежды внутри вращающегося барабана 3, оптимизируя тем самым потребление электроэнергии.
Дополнительно следует отметить, что стоимость изготовления компрессоров для хладагента увеличивается более чем в пропорциональной зависимости от производительности компрессора, общая стоимость компрессоров 11 и 16 значительно ниже, чем стоимость традиционного устройства сжатия хладагента, производительность которого равна суммарной производительности компрессоров 11 и 16.
И, наконец, ротационные компрессоры имеют меньшие размеры, чем поршневые компрессоры с теми же характеристиками, что позволяет увеличить свободное пространство внутри корпуса 2.
Очевидно, что в конструкцию описанной выше сушильной машины 1 могут быть внесены изменения, не выходящие за объем настоящего изобретения.
Например, теплообменник 18 теплонасосного агрегата 15 может быть размещен в рециркуляционном трубопроводе 8 по потоку за теплообменником 13; при этом теплообменник 17 может быть размещен в рециркуляционном трубопроводе 8 по потоку перед теплообменником 12.
Как показано на фиг.2, в другом варианте выполнения калорифера 7 теплообменник 18 теплонасосного агрегата 15 может быть размещен в рециркуляционном трубопроводе 8 по потоку за теплообменником 13; а теплообменник 17 - между теплообменниками 12 и 13.
В этом случае теплообменник 17 теплонасосного агрегата 15 при желании может быть по меньшей мере частично встроен в теплообменник 13 теплонасосного агрегата 10, а конструкция полученного в результате теплообменника воздух/хладагент/хладагент может обеспечивать передачу тепла от хладагента теплонасосного агрегата 10 также и к хладагенту теплонасосного агрегата 15 (т.е. не только воздушному потоку f, направляемому во вращающийся барабан 3), существенно повышая интенсивность процесса теплопередачи.
Фактически, в данном варианте осуществления изобретения теплонасосный агрегат 10 может работать с более высоким давлением хладагента со стороны нагнетания в замкнутом термодинамическом цикле, а теплонасосный агрегат 15 может работать с более высоким давлением хладагента на участке низкого давления замкнутого термодинамического цикла, тем самым существенно снижая потребление энергии компрессорами 11 и 16.
Такое повышение интенсивности теплопередачи приводит к неожиданно существенному повышению общей энергетической эффективности сушильной машины и значительному снижению энергопотребления.
Более того, как известно, замкнутый термодинамический цикл, осуществляемый теплонасосным агрегатом, по своей природе является несбалансированным с точки зрения тепловыделения: т.е. количество тепла, выделяемого наружу в высокотемпературном теплообменнике всегда больше, чем количество тепла, поглощаемого извне в низкотемпературном теплообменнике. В генераторах теплого воздуха бельевых сушек эта несбалансированность чрезвычайно затрудняет управление температурой воздушного потока, возвращающегося обратно во вращающийся барабан сушильной машины. В современных сушильных машина для белья эта проблема решается за счет снабжения генератора горячего воздуха (калорифера) дополнительным внешним вентилятором с электрическим приводом, который охлаждает переднюю часть поршневого компрессора для хладагента с целью рассеивания избыточного тепла, вырабатываемого теплонасосным агрегатом.
В варианте, показанном на фигуре 2, теплонасосный агрегат 15 может также быть использован для поглощения избыточного тепла, вырабатываемого теплонасосным агрегатом 10. В этом случае единственный дополнительный внешний вентилятор (не показан) может использоваться для рассеивания избыточного тепла, вырабатываемого обоими теплонасосными агрегатами 10 и 15, снижая общее энергопотребление сушильной машины 1.