DE102005062941A1 - Hausgerät mit einem Adsorptionsapparat und einer Heizvorrichtung - Google Patents

Hausgerät mit einem Adsorptionsapparat und einer Heizvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hausgerät (10), insbesondere einen Wäschetrockner (10), mit einem Adsorptionsapparat (12, 18, 22), welcher ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares sowie eine Heizvorrichtung (14) zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält. Dabei ist die Heizvorrichtung (14) eine Mikrowellengenerator (14). Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Erwärmung eines Adsorbens und Desorption eines Adsorptivs innerhalb eines Adsorptionsapparates (12, 18, 22) in einem solchen Hausgerät (10), bei welchem Verfahren zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs Mikrowellenstrahlung verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hausgerät mit einem Adsorptionsapparat, welcher ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv, insbesondere Wasser, sowie eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Erwärmung eines Adsorbens und Desorption eines Adsorptivs innerhalb eines Adsorptionsapparates in einem Hausgerät, wobei der Adsorptionsapparat ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv, insbesondere Wasser, sowie eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält.
  • Ein solches Hausgerät und ein solches Verfahren sind bekannt als Wäschetrockner oder Geschirrspüler mit einem Zeolithen als Adsorbens und darin ablaufendem Verfahren, wie in der DE 103 56 786 A1 , der EP 0 777 998 B1 oder der DE 36 26 887 A1 beschrieben. Nachteilig an den bekannten Hausgeräten ist jedoch, dass die Desorption des als Adsorptiv eingesetzten Wassers vom Zeolithen mit elektrischen Heizelementen realisiert wird. Aufgrund der schlechten Wärmeleitung von Zeolithen ist diese Art von Energieeintrag jedoch nicht sehr effizient, was zu einem hohen Energieverbrauch des Hausgerätes an sich führt.
  • Im Internet ist am 9. Dezember 2005 unter der Adresse http://de.wikipedia.org/wiki/Zeolith ein Dokument öffentlich verfügbar gewesen, in welchem die zum Oberbegriff „Zeolith" gehörigen Werkstoffe beschrieben sind. Bei diesen Stoffen handelt es sich um Aluminium-Silikat-Stoffe komplexer Zusammensetzung, die teils natürlich verfügbar und teils. künstlich herstellbar sind und insbesondere fähig sind zur Anlagerung größerer Mengen Wassers. Die Offenbarung dieses Dokuments ist vorliegender Offenbarung in vollem Umfange zuzurechnen.
    •
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Hausgerät der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs möglichst energiesparend durchgeführt werden kann.
  • Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs möglichst energiesparend durchgeführt werden können.
  • Diese Aufgaben werden durch ein Hausgerät und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
  • Bei dem erfindungsgemäßes Hausgerät mit einem Adsorptionsapparat, welcher ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv, insbesondere Wasser, sowie eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält, ist die Heizvorrichtung ein Mikrowellengenerator.
  • Durch die Verwendung des Mikrowellengenerators bzw. einer Mikrowellenheizung ist ein sehr effizienter Energieeintrag in das Adsorbens gewährleistet. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die Aufheizung mit Mikrowellen im Wesentlichen lediglich das Adsorbens selbst und keine anderen, das Adsorbens umgebenden Bereiche des Hausgerätes erwärmt werden. Letzteres stellt bei der Verwendung einer üblichen Elektroheizung ein großes Problem dar und führt zu einem sehr hohen Energieverbrauch des Gesamtsystems.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Adsorbens ein mittels Adsorption/Desorption von Wasser arbeitendes Speichermedium auf Basis eines Zeolithen, und ist das Adsorptiv Wasser. Ein solches Adsorbens hat den Vorteil, dass es bis etwa 40 % seines Trockengewichts an Wasser reversibel speichern, insbesondere also beim Erhitzen wieder abgeben kann. Es handelt sich bei einem Zeolith-Material daher um ein sehr effektives Adsorbens. Durch die energiesparende Desorption des Wassers von Zeolith lässt sich somit eine Energieeinsparung von bis zu 60 % gegenüber einer herkömmlichen Heizvorrichtung erzielen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die von dem Mikrowellengenerator erzeugte Frequenz zur Erwärmung des Adsorbens auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens abgestimmt. Der Frequenzbereich kann dabei in einem Bereich zwischen 20 MHz und 25 GHz liegen. Auch andere Mikrowellen-Frequenzbereiche sind denkbar. Durch die Abstimmung der Betriebsfrequenz auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens ergibt sich ein idealer Energieeintrag.
  • Neben den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens können auch andere Parameter für die Frequenzwahl berücksichtigt werden. So kann zum Beispiel angestrebt werden, Standard-Frequenzen, wie zum Beispiel die so genannten ISM-Frequenzen zu verwenden. Diese liegen zum Beispiel bei 27 MHz, 433 MHz, 2,45 GHz, 5,8 GHz und 24,125 GHz. Als weiterer Parameter kann die Verfügbarkeit von Standardkomponenten der Mikrowellenheizung angegeben werden. Durch die Verwendung frei erhältlicher und marktüblicher Standardkomponenten ist es möglich, das Hausgerät kostengünstig herzustellen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Heizvorrichtung in den Adsorptionsapparat integriert ausgebildet. Damit wird vorteilhafterweise die Baugröße des Hausgerätes klein gehalten.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Adsorptionsapparat in einem Prozesskreislauf des Hausgerätes angeordnet, wobei die durch die Adsorption entstehende Wärme zur Erwärmung eines Prozessmediums, insbesondere von Wasser oder Luft, dient. Dadurch wird nicht nur der Energiebedarf bei der Desorption des Adsorptivs, sondern auch der Gesamtenergieverbrauch des Hausgerätes signifikant reduziert, indem der Adsorptionsapparat als Wärmepumpe arbeitet. So kann zum Beispiel ein Wäschetrockner mit einem Zeolithen als Adsorbens und einer Mikrowellenheizung in die Energieeffizienzklasse A eingeordnet werden, wobei Wasser gewissermaßen als natürliches Kältemittel benutzt wird. Auch ein Geschirrspüler, der nach dem Prinzip des erfindungsgemäßen Hausgerätes ausgebildet ist, zeigt einen signifikant reduzierten Gesamtenergieverbrauch.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erwärmung eines Adsorbens und Desorption eines Adsorptivs innerhalb eines Adsorptionsapparates in einem Hausgerät, wobei der Adsorptionsapparat ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv, insbesondere Wasser, sowie eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält, wird zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs Mikrowellenstrahlung verwendet.
  • Dadurch ergibt sich eine sehr energiesparende und effizient durchgeführte Erwärmung und Desorption.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Adsorbens ein mittels Adsorption/Desorption von Wasser arbeitendes Speichermedium auf Basis eines Zeolithen, und als Adsorptiv Wasser verwendet. Die Verwendung eines Zeolithen oder Zeolith-basierenden Adsorbens gewährleistet eine hohe Speicherrate bzw. Adsorptionsrate des als Adsorptiv eingesetzten Wassers. So kann Zeolith bis etwa 40 % des Trockengewichts an Wasser speichern, das beim Erhitzen vollständig wieder abgegeben wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Frequenz der Mikrowellenstrahlung auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens abgestimmt. Die Frequenz kann dabei in einem Bereich zwischen 20 MHz und 25 GHz liegen. Durch die Abstimmung der Frequenz der Mikrowelle auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens ist ein besonders effizienter Energieeintrag gewährleistet.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der Adsorptionsapparat in einem Prozesskreislauf des Hausgerätes angeordnet, wobei die durch die Adsorption des Adsorptivs durch das Adsorbens entstehende Wärme zur Erwärmung eines Prozessmediums, insbesondere Wasser oder Luft, verwendet wird. Dadurch reduziert sich nicht nur erfindungsgemäß der Energiebedarf bei der Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs, sondern es reduziert sich auch der Gesamtenergieverbrauch des Hausgerätes. Das Hausgerät kann dabei ein Wäschetrockner oder Geschirrspüler sein.
    •
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in dem nachfolgend beschriebenen und zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • Die Figur zeigt dabei in einer schematischen Darstellung ein Hausgerät 10, nämlich einen Wäschetrockner, mit einer Wäschetrommel 16 und einem Prozesskreislauf 20, in welchem Luft als Prozessmedium umläuft. In dem Prozesskreislauf 20 ist der Trommel 16 ein Verdampfer/Verflüssiger 18 nachgeschaltet. Dem Verdampfer/Verflüssiger 18 ist ein Adsorptionsgefäß 12 mit einer Heizvorrichtung 14 nachgeschaltet. Der Verdampfer/Verflüssiger 18 und das Adsorptionsgefäß 12 bilden zusammen mit der das Adsorptionsventil 22 enthaltenden Leitung einen Adsorptionsapparat 12, 18, 22. Ausgehend von dem Adsorptionsgefäß 12 führt der Prozesskreislauf 20 wieder in die Wäschetrommel 16 des Wäschetrockners 10. Man erkennt, dass die Heizvorrichtung 14 in dem Adsorptionsapparat 12, 18, 22 integriert ausgebildet ist. Die Heizvorrichtung 14 ist dabei ein Mikrowellengenerator. In dem Adsorptionsgefäß 12 ist ein festes Adsorbens angeordnet, wobei vorliegend als Adsorbens ein mittels Adsorption/Desorption von Wasser als Adsorptiv arbeitendes Speichermedium auf Basis eines Zeolithen verwendet wird. Das Adsorptionsgefäß 12 mit dem Adsorbens und der Mikrowellenheizung 14 bildet mit dem Verflüssiger/Verdampfer 18 ein wasserbefülltes, unterdruckbeaufschlagtes und abgeschlossenes System. Im Adsorptionsapparat 12, 18, 22 sind dabei etwa 1 kg Zeolith und etwa 1 kg Wasser gespeichert, der Unterdruck im System beträgt etwa 500 mbar. Des Weiteren erkennt man, dass der Weg des Wassers zwischen dem Adsorptionsgefäß 12 und dem Verflüssiger/Verdampfer 18 durch ein Adsorptionsventil 22 abgesperrt werden kann.
  • Im Betrieb des Wäschetrockners 10 beginnt die Trocknung mit dem Desorptionsprozess. Dabei erwärmt die sich in dem Adsorptionsgefäß 12 befindliche Mikrowellenheizung 14 das Adsorbens. Der dabei aus dem Adsorbens ausgetriebene Wasserdampf strömt über das geöffnete Adsorptionsventil 22 in den Verflüssiger/Verdampfer 18 und kondensiert dort unter Abgabe der Verflüssigungswärme an die Prozessluft. Die Prozessluft wird nach dem Verflüssiger/Verdampfer 18 über das Adsorptionsgefäß 12 geführt und dort weiter erwärmt. Nach Beendigung der Desorption kühlt die Prozessluft das Adsorbens so weit ab, dass die Adsorptionsphase beginnen kann. Während dieser Abkühlung kann das Adsorptionsventil 22 geschlossen sein. In der Adsorptionsphase wird bei geöffnetem Adsorptionsventil 22 das Wasser im Verdampfer/Verflüssiger 18 aufgrund der Adsorption von Wasserdampf durch das Adsorbens soweit abgekühlt, dass der Verdampfer/Verflüssiger 18 durchströmende Prozessluft abkühlt und aufgrund von Kondensation entfeuchtet. Anfallendes Kondensat wird von der Prozessluft abgetrennt und abgeführt. Mit der im Adsorbens frei werdenden Adsorptionswärme wird die Prozessluft wieder erwärmt, und durch die entsprechende Kühlung des Adsorbens wird die Adsorption in Gang gehalten. Auf diese Weise arbeitet der Adsorptionsapparat 12, 18, 22 als Wärmepumpe. Ist das Adsorbens mit dem Adsorptiv gesättigt oder kein adsorbierbares Adsorptiv mehr vorhanden, beginnt wieder die Desorptionsphase. Dabei sind die Dauern der Adsorptions- und Desorptionsphase sowie der Druck in der Adsorptionsvorrichtung auf die Prozesslufttemperatur abgestimmt.

Claims (13)

  1. Hausgerät (10) mit einem Adsorptionsapparat (12, 18, 22), welcher ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares sowie eine Heizvorrichtung (14) zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (14) ein Mikrowellengenerator (14) ist.
  2. Hausgerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorbens ein mittels Adsorption/Desorption von Wasser arbeitendes Speichermedium auf Basis eines Zeolithen, und das Adsorptiv Wasser ist.
  3. Hausgerät (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Mikrowellengenerator (14) erzeugte Frequenz zur Erwärmung des Adsorbens auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens abgestimmt ist.
  4. Hausgerät (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz in einem Bereich zwischen 20 MHz und 25 GHz liegt.
  5. Hausgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Heizvorrichtung (14) in den Adsorptionsapparat (12, 18, 22) integriert ausgebildet ist.
  6. Hausgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsapparat (12, 18, 22) in einem Prozesskreislauf (20) für ein Prozessmedium, insbesondere Luft oder Wasser, angeordnet ist und die durch die Adsorption entstehende Adsorptionswärme zur Erwärmung des Prozessmediums dient.
  7. Hausgerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein Wäschetrockner (10) oder ein Geschirrspüler ist.
  8. Verfahren zur Erwärmung eines Adsorbens und Desorption eines Adsorptivs innerhalb eines Adsorptionsapparates (12, 18, 22) in einem Hausgerät (10), wobei der Adsorptionsapparat (12, 18, 22) ein festes Adsorbens und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv sowie eine Heizvorrichtung (14) zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erwärmung des Adsorbens und Desorption des Adsorptivs Mikrowellenstrahlung verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorbens ein mittels Adsorption/Desorption von Wasser arbeitendes Speichermedium auf Basis eines Zeolithen, und als Adsorptiv Wasser verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Mikrowellenstrahlung auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Adsorbens abgestimmt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz in einem Bereich zwischen 20 MHz und 25 GHz liegt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Adsorptionsapparat (12, 18, 22) in einem Prozesskreislauf (20) des Hausgerätes (10) angeordnet ist und die durch die Adsorption entstehende Adsorptionswärme zur Erwärmung eines in dem Prozesskreislauf (20) umlaufenden Prozessmediums, insbesondere Luft oder Wasser, verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hausgerät (10) ein Wäschetrockner (10) oder ein Geschirrspüler ist.
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