Verfahren und Schaltungsanordnung zum Steuern eines Trocknungsprozesses eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Trocknungsprozesses eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken, insbesondere eines Wäschetrockners.

Aus einem Dokument, welches am 25.1 1.2005 von der Internetadresse http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element herunterladbar war, ist ein Peltier-Element in Aufbau und Funktion beschrieben. Die Halbelemente dieses Peltier-Elements sind säulen- oder quaderförmig ausgebildet und bestehen aus dotierten Halbleitern als Werkstoffe. Die Halbleiter sind insbesondere Wismut- Tellurid und es kommen ein p-leitend dotierter und ein n-leitend dotierter Halbleiter zum Einsatz. Jeweils ein Halbelement aus dem p-leitend dotierten Halbleiter und ein Halbelement aus dem n-leitend dotierten Halbleiter sind jeweils an einer Seite über ein Leiter- plättchen, auch als Metallbrücke bezeichnet, miteinander verbunden, und an einer anderen Seite, welcher der genannten einen Seite gegenüberliegt, über jeweils ein weiteres Leiterplättchen mit einem weiteren Halbelement oder einem Anschlusskontakt zum An- schluss des Peltier-Elements an ein elektrisches Netzwerk verbunden.

Weitere Hinweis zu Grundlagen, anwendungsbezogener Auswahl und Montage von PeI- tier-Elementen ergeben sich aus Dokumenten, die am 25.1 1 .2005 von den Internet- Adressen http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Erlaeuterung-zu-Pelt ierelementen.pdf und http://www.quick-ohm.de/waerme/download/Einbau.pdf herunterladbar waren.

Aus der DE 1 410 206 A ist eine Waschmaschine bekannt, in welcher Waschgut nicht nur gewaschen sondern auch getrocknet werden kann. Für die dazu erforderlichen zusätzlichen Einrichtungen zeigt die Schrift mehrere Alternativen. Insbesondere können eine e- lektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines zur Trocknung von Waschgut eingesetzten Luftstroms und ein einfacher Wärmetauscher zum Abkühlen des erwärmten Luft-

Stroms nach dem Beaufschlagen des Waschguts vorgesehen sein, wobei der Heizer und der Kühler aber auch zu einer Wärmepumpeneinrichtung gehören können. Die Wärmepumpeneinrichtung kann auch derartig ausgestaltet sein, dass sie mit Peltier-Elementen zur Nutzung des thermoelektrischen Effekts arbeitet.

Eine aus einem in der Datensammlung „Patent Abstracts of Japan" zur JP 08 057 194 A gehörigen englischen Kurzauszug hervorgehende Vorrichtung zum Trocknen von Waschgut, enthält in ihrem ersten Kanalsystem neben einem Heizer und einem Kühler, welche beide zu einer thermoelektrisch betreibbaren Wärmepumpeneinrichtung gehören, einen dem Kühler vorgeschalteten zusätzlichen Wärmetauscher zur Abkühlung des von dem Waschgut abgeführten Luftstroms und eine dem Heizer nachgeschaltete zusätzliche Heizeinrichtung zum weiteren Erwärmen des Luftstroms vor dem Beaufschlagen des Waschguts.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Eigenschaften des Peltier-Moduls im laufenden Betrieb des Hausgeräts auf möglichst einfache Weise im Hinblick auf eine Verbesserung des Trocknungsprozesses nutzbar zu machen.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, und eine Schaltungsanordnung, welche die Merkmale nach Patentanspruch 7 aufweist, gelöst.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Trocknungsprozesses eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken, wird in einer ersten Betriebsphase eines Peltier-Moduls einer Wärmepumpe des Hausgeräts zumindest ein erster Betriebsparameter des Peltier-Moduls und in einer zweiten Betriebsphase zumindest ein zweiter Betriebsparameter des Peltier-Moduls erfasst. Abhängig von diesen erfassten Betriebsparametern werden Feuchtegrade von im Hausgerät zu trocknenden Wäschestücken bestimmt und abhängig davon wird der weitere Trocknungsprozess eingestellt. Der Trocknungsprozess kann dadurch optimiert und der Energieverbrauch reduziert werden. Spezifische Parameter des Peltier-Moduls werden genutzt, um den Trocknungsprozess bedarfsgerecht zu steuern.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines Trocknungsprozesses eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken werden bevorzugt folgende Schritte durchgeführt: a) Einstellen einer ersten Betriebsphase des Hausgeräts, in der ein Peltier-Modul einer Wärmepumpe des Hausgeräts mit Energie versorgt wird; b) Bestimmen der elektrischen Leistungsaufnahme des Peltier-Moduls in der ersten Betriebsphase; c) Einstellen einer zweiten Betriebsphase, in welcher die Temperaturen einer Kaltseite und einer Warmseite des Peltier-Moduls bestimmt werden; d) Ermitteln der aus den in dem Hausgerät enthaltenen Wäschestücken bereits auskondensierten Feuchte abhängig von den in Schritt b) und c) bestimmten Größen mittels Kennlinien und/oder Berechnungsmodellen; e) Ermitteln der in den Wäschestücken verbliebenen Feuchte und Vergleich dieser mit einer Referenz-Feuchte, welche abhängig von einer bereits erreichten Phase des Trocknungsprozesses vorgegeben wird; und f) Steuern des weiteren Trocknungsprozesses abhängig von dem Vergleich gemäß Schritt e).

Eigenschaften des Peltier-Moduls können dadurch einfach und relativ exakt erfasst und für eine verbesserte Steuerung des Trocknungsprozesses bereitgestellt werden. Der Trocknungsprozess kann dadurch effektiver und effizienter und somit auch energieoptimiert durchgeführt werden. Nicht zuletzt kann dadurch auch eine Kosteneinsparung erreicht werden.

Vorzugsweise wird in der zweiten Betriebsphase gemäß Schritt c) das Peltier-Modul von einer Energieversorgung getrennt, und werden dann die Temperaturen der Kaltseite und der Warmseite des Peltier-Moduls bestimmt.

Vorzugsweise wird aus einer von dem Peltier-Modul erzeugten Thermospannung nach der Trennung von der Energieversorgung eine Temperaturdifferenz zwischen der Kaltseite und der Warmseite ermittelt. Separat dazu wird eine örtliche Temperatur an der Kaltseite oder der Warmseite des Peltier-Moduls bestimmt, wobei aus der Temperaturdifferenz und der örtlich gemessenen Temperatur die Temperatur der anderen Seite des Peltier- Moduls gemäß Schritt c) bestimmt wird.

Die örtliche Temperatur der Kaltseite oder der Warmseite des Peltier-Moduls wird durch einen separaten Sensor oder durch Messung des elektrischen Widerstands des Peltier- Moduls bestimmt. Dies erfolgt in Ausnutzung der Tatsache, dass jedes Peltier-Modul einen stark negativen Temperaturkoeffizienten aufweist.

Vorzugsweise wird das Bestimmen der elektrischen Leistungsaufnahme gemäß Schritt b) nach dem Bestimmen der Temperaturen gemäß Schritt c) durchgeführt, wobei dabei die Leistungsaufnahme des Peltier-Moduls nach dem Verbinden von diesem mit der Energieversorgung bis zum Einstellen eines Soll-Arbeitspunkts des Peltier-Moduls gemessen wird.

Vorzugsweise wird das Bestimmen der elektrischen Leistungsaufnahme gemäß Schritt b) nach dem Bestimmen der Temperaturen gemäß Schritt c) durchgeführt, wobei dabei die Leistungsaufnahme des Peltier-Moduls nach dem Verbinden von diesem mit der Energieversorgung bis zum Einstellen eines Soll-Arbeitspunkts des Peltier-Moduls gemessen wird.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Steuern eines Trocknungsprozesses eines Hausgeräts zur Pflege von Wäschestücken, welches eine Wärmepumpe mit einem Peltier-Modul umfasst, das eine Mehrzahl von Peltier-Elementen aufweist, umfasst erste Mittel, mit welchen in einer ersten Betriebsphase des Peltier-Moduls zumindest ein erster Betriebsparameter des Peltier-Moduls erfassbar ist, und zweite Mittel, mit welchen in einer zweiten Betriebsphase des Peltier-Moduls zumindest ein zweiter Betriebsparameter des Peltier-Moduls erfassbar ist. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung einen Schaltregler, mit welchem aus den erfassten Betriebsparametern Feuchtegrade der in dem Hausgerät zu trocknenden Wäschestücke ermittelbar sind und abhängig davon der weitere Trocknungsprozess einstellbar ist. Der Schaltregler ist zum Auswerten von Informationen und zum Steuern und Regeln, insbesondere des Peltier-Moduls, ausgebildet. Die Schaltungsanordnung ermöglicht eine verbesserte Betriebsweise des Hausgeräts insbesondere im Hinblick auf einen energieoptimierten Trocknungsprozess.

Vorzugsweise ist das Peltier-Modul in einer ersten Betriebsphase mit einer Energieversorgung elektrisch verbunden, und weist erste Mittel auf, mit welchen die elektrische Leis-

tungsaufnahme des Peltier-Modul in dieser ersten Betriebsphase ermittelbar ist. Darüber hinaus sind zweite Mittel vorgesehen, mit welchen in einer zweiten Betriebsphase des Peltier-Moduls die Temperaturen einer Kaltseite und einer Warmseite des Peltier-Moduls bestimmbar sind. Mittels eines Schaltreglers ist aus der bestimmten elektrischen Leistungsaufnahme und den ermittelten Temperaturen mittels abgespeicherten Kennlinien und/oder Berechnungsmodellen eine während des bisherigen Trocknungsprozesses bereits aus den Wäschestücken auskondensierte Feuchte und eine davon abhängige in den Wäschestücken noch verbliebene Feuchte ermittelbar. Der weitere Trocknungsprozess ist durch den Schaltregler abhängig von einem Vergleich der ermittelten verbliebenen Feuchte mit einer Referenz-Feuchte, welche abhängig von einer bereits erreichten Phase des Trocknungsprozesses vorgegeben ist, einstellbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich insbesondere aus vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und

Fig. 3 einen Schaltplan einer Schaltungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Peltier-Modul 1 veranschaulicht, welches zur Verwendung in einer Peltier-Wärmepumpe für einen Wäschetrockner dient. Das Peltier-Modul 1 umfasst in Reihe geschaltete Peltier-Elemente 2, deren hier zwölf gezeigt sind, das Peltier-Modul 1 jedoch nicht auf diese Zahl festgelegt ist. Die Anzahl der Peltier-Elemente 2 und deren Betriebswerte sind gemeinsam so ausgelegt, dass die Reihenanordnung der Peltier-Elemente 2 mit einer Spannung betrieben werden kann, die sich bei Gleichrichtung der Netzspannung ergibt. Es ist auch ein Peltier-Modul 1 mit mehr als einer hier gezeigten

Reihenanordnung möglich, wobei mehrere Reihenanordnungen üblicherweise parallel zueinander angeordnet werden.

Zur Erzeugung der gleichgerichteten Netzspannung wird zunächst diese mit 120 V oder 230 V Wechselspannung (120 VAC / 230 VAC) bereitgestellt, wobei hier schematisch die Anschlüsse L und N gezeigt sind. Die Wechselspannung wird von einem Netzgleichrichter

3 gleichgerichtet, der einen herkömmlichen Aufbau aufweist. Zur Stabilisierung der gleichgerichteten Spannung ist ein Kondensator 5a als Puffer parallel zu den gleichstrom- seitigen Anschlüssen des Netzgleichrichters 3 geschaltet. Zur Begrenzung des netzseiti- gen Kondensatorladestroms ist dem Kondensator 5a des Schaltungsteils 5 ein strombegrenzendes Element 4a, beispielsweise ein NTC-Widerstand 4a, in einem Schaltungsteil

4 vorgeschaltet. Das strombegrenzende Element 4a wird nach dem Ladevorgang über einen Schalter 4b, beispielsweise ein Relais, überbrückt.

In dem Schaltungsteil 5 können eine Netzstrommessung und eine Netzspannungsmessung erfolgen, wobei der Schaltungsteil 5 mit einem Schaltregler 6 elektrisch verbunden ist, und die Messwerte an den Schaltregler 6 zum Auswerten und weiteren Verarbeiten überträgt. Der Schaltregler 6 kann als Mikroprozessor ausgebildet sein.

Der Schaltregler 6 ist darüber hinaus mit einer Kommunikationsschnittstelle 7, über welche Sollwerte verschiedener Parameter übertragbar sind, elektrisch verbunden. Der Schaltregler 6 ist zur Kommunikation mit einer externen Steuer- und/oder Kontrolleinheit (nicht dargestellt) über die Schnittstelle 7 ausgebildet.

Darüber hinaus ist der Schaltregler 6 mit einem weiteren Schaltungsteil 8 verbunden. Der Schaltungsteil 8 weist eine Treibereinheit 8a und Transistoren T1 , T2, T3 und T4 sowie Dioden D1 , D2, D3 und D4 auf.

Die Ansteuerelektronik umfasst somit einen Hochsetzsteller (Transistoren T1 und T4, Diode D3 und Energiespeicher 9) und einen Tiefsetzsteller (Transistor T1 , Dioden D2 und D3, Energiespeicher 9) in Richtung der Lastseite und einen Hochsetzsteller (Transistoren T2 und T3, Diode D1 und Energiespeicher 9) sowie einen Tiefsetzsteller (Transistor T3, Dioden D1 und D4, Energiespeicher 9) in Richtung des Zwischenkreises.

Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung einen Schaltungsteil 10, welcher zur Messung der elektrischen Leistungsaufnahme und insbesondere der Strommessung und der Spannungsmessung des Peltier-Moduls 1 ausgebildet ist. Dieser Schaltungsteil 10 ist mit einem Strom- und Spannungsmesswandler 1 1 elektrisch verbunden, welcher wiederum mit dem Schaltregler 6 elektrisch verbunden ist.

Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung zwei Umschalter 12, welche als Relais ausgebildet sein können. Mit Hilfe der Umschalter 12 kann die gleichgerichtete Netzspannung von dem Peltier-Modul 1 getrennt und das Peltier-Modul 1 an eine Innenraumbeleuchtung 14 des Wäschetrockners geschaltet werden. Für die Innenraumbeleuchtung 14 sind hier schematisch vier Leuchtdioden und ein zusätzlicher, zu den Leuchtdioden in Reihe geschalteter Widerstand veranschaulicht. Anstelle der Innenraumbeleuchtung 14 können die Umschalter 12 auch eine Umschaltung zu einem anderen Verbraucher, wie etwa einem weiteren Sensor, einer weiteren Messeinrichtung, Steuerung, einem Anzeigeelement oder dergleichen, allein oder in Kombination, bewirken. Bevorzugt ist eine derartige Messeinrichtung dabei in die Hauptsteuerung umfassend den Schaltregler 6 des Wäschetrockners integriert. Die Umschalter 12 werden durch den Schaltregler 6 gesteuert.

Am Peltier-Modul 1 ist ein PTC-Widerstand 13 als Temperatursensor 13 angeordnet. Abhängig von den von diesem Temperatursensor 13 detektierten Messwerten kann ein wechselstromseitiger Schalter 15 betätigt werden, wodurch abhängig von der Schalterstellung das gesamte Peltier-Modul 1 ausgeschaltet werden kann.

Des Weiteren ist am Peltier-Modul 1 ein NTC-Widerstand 16 angeordnet, welcher ebenfalls zur Temperaturermittlung ausgebildet ist und die detektierten Messwerte an den Schaltregler 6 überträgt.

Soll nun in dem Wäschetrockner ein Trocknungsprozess durchgeführt werden und sollen Wäschestücke, welche in einen Behälter des Wäschetrockners eingebracht sind, getrocknet werden, so wird zunächst eine erste Betriebsphase des Wäschetrockners eingestellt, wobei in dieser ersten Betriebsphase das Peltier-Modul 1 einer Wärmepumpe des Wäschetrockners mit Energie versorgt wird. Dazu ist das Peltier-Modul 1 mit der gleichgerichteten Netzspannung verbunden, wobei dazu die Umschalter 12 entsprechend geschaltet sind.

Zum Ermitteln charakteristischer Parameter und Größen für den Trocknungsprozess der Wäschestücke wird nachfolgend zu vorgebbaren Phasen des Trocknungsprozesses eine zweite Betriebsphase eingestellt, wozu das Peltier-Modul 1 von der Energieversorgung getrennt wird, indem die Umschalter 12 entsprechend geschaltet werden. In dieser zweiten Betriebsphase werden die Temperaturen einer Kaltseite und einer Warmseite des Peltier-Moduls 1 bestimmt. Dazu wird die nach der Trennung von der Energieversorgung vom Peltier-Modul 1 erzeugte Thermospannung gemessen, aus welcher die Temperaturdifferenz zwischen der Kaltseite und der Warmseite des Peltier-Moduls 1 in dem Schaltregler 6 ermittelt wird. Des Weiteren wird über den NTC-Widerstand 16 eine örtliche Temperatur des Peltier-Moduls 1 bestimmt, welche vorliegend die Temperatur der Warmseite des Peltier-Moduls 1 darstellt.

Aus der bestimmten Temperaturdifferenz und der örtlich bestimmten Temperatur an der Warmseite des Peltier-Moduls 1 kann dann die örtliche Temperatur der Kaltseite des Peltier-Moduls 1 berechnet werden.

Nachdem diese Temperaturwerte ermittelt sind, wird das Peltier-Modul 1 wieder mit der Energieversorgung verbunden, indem die Umschalter 12 entsprechend geschaltet werden und dadurch wird wieder die erste Betriebsphase des Wäschetrockners und des Peltier- Moduls 1 eingestellt. In dieser wiedereingestellten ersten Betriebsphase wird dann die Leistungsaufnahme des Peltier-Moduls 1 nach dem Verbinden von diesem mit der Energieversorgung bis zum Einstellen eines Soll-Arbeitspunkts des Peltier-Moduls 1 gemessen. Mit den Informationen über die gemessene Leistungsaufnahme und die gemessenen und ermittelten Temperaturen an der Warmseite und der Kaltseite des Peltier-Moduls 1 kann in dem Schaltregler 6 eine während des bis dahin fortgeschrittenen Trocknungsprozesses bereits aus den Wäschestücken auskondensierte Feuchte bestimmt werden. In dem Schaltregler 6 sind dazu Kennlinien und/oder Berechnungsmodelle abgelegt, welche eine Ermittlung dieser auskondensierten Feuchte ermöglichen. Aus dieser auskondensierten Feuchte kann dann ebenfalls in der Steuereinheit 6 die in den Wäschestücken noch verbliebene Feuchte bestimmt werden. Des Weiteren sind in dem Schaltregler 6 Referenz-Feuchten in Abhängigkeit von der momentanen Phase eines Trocknungsprozesses abgelegt. Die ermittelte verbliebene Feuchte in den Wäschestücke wird dann mit der Referenz-Feuchte verglichen, wobei die Referenz-Feuchte die in den Wäschestücken ver-

bliebene Feuchte charakterisiert, welche zu dem momentanen Zeitpunkt der erreichten Phase des Trocknungsprozesses erreicht sein sollte. Abhängig von dem Vergleich wird der weitere Trocknungsprozess gesteuert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung ist in Fig. 2 gezeigt. Auch diese Schaltung ist dazu geeignet, die oben erläuterten Parameter zu messen und auszuwerten und eine Steuerung und Regelung des Peltier-Moduls 1 davon abhängig im Hinblick auf einen optimierten Trocknungsprozess durchzuführen.

Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß Fig. 1 weist diese Schaltung einen Schaltungsteil 17 auf, welcher die Transistoren T1 und T2 sowie die Rücklaufdioden D1 und D2 und eine Treibereinheit 17a umfasst. Der Strom- und Spannungsmesswandler 1 1 ist in dieser Ausgestaltung dem Schaltungsteil 10 zugeordnet. Darüber hinaus umfasst die Schaltungsanordnung zwei Speicherdrosseln 18 und 19. Wie auch in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 wird zur Erfüllung der gesetzlichen Vorschriften hinsichtlich zur Netzrückwirkung (Power-Faktor-Korrektur) eine Synchronisation der Schaltfrequenz des Schaltreglers 6 oder eine Pulsweitenmodulation des Ausgangssignals des Schaltreglers 6 auf die Netzfrequenz durchgeführt. Dadurch kann eine sinusförmige Netzstromaufnahme erfolgen. Der Schaltregler 6 steuert die Schaltungsanordnung in der zweiten Betriebsphase, in der das Peltier-Modul 1 von der Energieversorgung abgetrennt ist, derart, dass die aufgrund des Seebeck-Effekts in dem Peltier-Modul 1 erzeugte Energie aus dem Peltier-Modul 1 in den Zwischenkreis der Schaltungsanordnung und insbesondere in den Zwischenkreis- kondensator 5a gespeichert wird. Bedarfsabhängig kann dann diese gespeicherte Energie an weitere Verbraucher und/oder über die Kommunikationsschnittstelle 7 anderweitig abgegeben werden. Insbesondere kann dann auch eine Rückführung dieser gespeicherten Energie in das Peltier-Modul 1 während anderer Betriebsphasen ermöglicht werden. Auch eine Rückführung in das Netz kann ermöglicht werden.

Eine weitere Ausführung einer Schaltungsanordnung ist in Fig. 3 gezeigt. Im Unterschied zur Ausgestaltung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 und Fig. 2 weist die hier dargestellte Schaltungsanordnung einen Schaltungsteil 20 auf, welcher eine Treibereinheit 20a und einen Transistor T5 umfasst. Die Schaltungsanordnung weist darüber hinaus auch eine Speicherdrossel 21 und eine Rücklaufdiode 22 auf. Die Anzahl der Peltier- Elemente 2 ist bei dieser Schaltungsanordnung bevorzugt so gewählt, dass das Peltier-

Modul 1 mit einer Spannung betrieben werden kann, die kleiner als die gleichgerichtete Netzspannung ist. Gemäß der Leistungsaufnahme und den Temperaturen des Peltier- Moduls 1 wird dieses so angesteuert, dass der Leistungsverbrauch an den Trocknungs- prozess angepasst wird. Bevorzugt ist die Anzahl der Peltier-Elemente 2 auch derart gewählt, dass der Stromverbrauch minimiert werden kann und eine relativ gering dimensionierte Speicherdrossel 21 eingesetzt werden kann. Die Verschaltung des Schaltungsteils 20 und der Rücklaufdiode 22 sowie der Speicherdrossel 21 können auch derart sein, dass die Anzahl der Peltier-Elemente 2 so gewählt werden kann, dass das Peltier-Modul 1 mit einer Spannung betrieben werden kann, die größer als die gleichgerichtete Netzspannung ist.