DE102006003552A1 - Trenn- und Trocknungsverfahren für ein Trockengut z.B. für Wäsche - Google Patents

Trenn- und Trocknungsverfahren für ein Trockengut z.B. für Wäsche Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung des Stoffaustausches in einem Trenn- und Trocknungsverfahren für ein Trockengut z. B. für Wäsche. DOLLAR A Hierzu ist eine Dampf führende Rohrleitung zur Zufuhr von Dampf vorgesehen, um den Dampf als weiteren Wärmeträger einzusetzen, eine dampfhaltige, sauerstoffarme Atmosphäre um eine Wäsche aufzubauen, so dass die feuchte Wäsche durch kondensierenden Dampf erwärmt wird und durch eine Erhöhung der Temperatur der Stoffaustausch in dem feuchten Trockengut gesteigert wird. DOLLAR A Dadurch kann durch die Einrichtung eines Gaskreislaufs mit einem Dampferzeuger eine Wärmepumpe ausgebildet werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1. Ein derartiger Wäschetrockner ist aus EP 0 679 754 B1 bekannt. Wobei bei diesem Wäschetrockner die Temperatur oder die Feuchtigkeit der Oberfläche des textilen Warengutes berührungslos gemessen wird und in Abhängigkeit von den gemessenen Werten der Luftstrom, die Lufttemperatur oder die Luftfeuchtigkeit während des Trocknungsverlaufes beeinflusst wird. Der Betrieb dieser Trockner ist mit dem Nachteil verbunden, dass die Einflussnahme auf die Trocknung erst im Verlaufe derselben erfolgt und dass die Auswirkung des Einflusses gering ist und diese Wirkung auf eine Veränderung der physikalischen Werte der umgebenden Luft beschränkt ist.
  • Allgemein wird die Wäsche in einem mehrstufigen Trenn- und Trocknungsverfahren behandelt, nach welchem mit einer mechanischen Entwässerung und einer thermischen Trocknung unterschiedliche Wirkprinzipien auf die Wäsche einwirken. Hierbei kann die thermische Behandlung zur Trocknung der Wäsche auch in einer Mangel durchgeführt werden. Diese Mangel arbeitet als Kontakttrockner, bei welchem die Wärme indirekt übertragen wird, die Wäsche als Trocknungsgut jedoch kontinuierlich aufgegeben wird.
  • Die DE 195 47 613 A1 betrifft ein Trockengerät für die Trocknung von Wäsche, welches durch den Anschluß einer Wärmepumpe mit einem Luftkreislauf ausgestattet ist und als Kondensationswäschetrockner arbeitet. Hierbei wird die Trocknungsluft indirekt in einem Wärmeaustauscher durch die Zufuhr von Dampf erwärmt. Durch die Funktion der Wärmepumpe wird der von der Trockenkammer kommende Prozessluftstrom über den Kältemittelverdampfer einer Wärmepumpe enthaltenden Wärmetauscher geleitet, gereinigt und gekühlt und in einem Luftkreislauf über den mit dem Dampf der Kälteanlage beheizten Wärmeaustauscher aufgeheizt. Der Stoffaustausch verläuft an der Wäsche weiterhin auf dem tiefen Taupunkt, des von Wasser gereinigten und entfeuchteten Prozessluftstromes.
  • Das Trocknungsverfahren in dem Gerät ist mit dem Nachteil verbunden, dass die Wäsche oder ein Trockengut durch die beschriebene Trocknung der Abluft durch Kühlung und Kondensation auf dem Niveau des Taupunktes, wie bei einer Frischluft, gehalten wird und der Stoffaustausch wie bei einer Trocknung mit Frischluft erfolgt. Auch mit der Installation von Subsystemen in Form einer Wärmepumpe werden keine wirksamen Maßnahmen erreicht, die eine Steigerung des Stoffaustausches an dem Trockengut, eine sichere Hygienisierung bei höheren Temperaturen und eine Reduzierung des Energiebedarfes bewirken.
  • Der Behandlung von Trockengut und insbesondere Wäsche liegt das Problem zugrunde, dass ein Stoffaustausch bei einer tiefen Temperatur an der Wäsche und damit die Verdampfung von Feuchte nur sehr langsam abläuft und eine Abluft aus einer Trenn- und Trocknungseinrichtung mit wenig Feuchte beladen ist und das Trockengut relativ kalt bleibt.
    •
  • Der Erfindung liegt ausgehend von der DE 195 47 613 A1 die Aufgabe zugrunde, den Stoffaustausch in einer Trenn- und Trocknungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, dass der Stoffaustausch zwischen der Wäsche als Trockengut und der umgebenden Atmosphäre in der Weise verbessert wird, dass die Hygiene des Trockengutes sichergestellt ist, die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht wird und der Energiebedarf reduziert wird.
  • Die Lösung der Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 14, 15, 19, 41, 49 erreicht. Diese unabhängigen Ansprüche sollen in Alleinstellung oder in Kombination untereinander Schutz genießen.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind durch die Lösung der Aufgabe und den Einsatz von Dampf als weiteren Wärmeträger gegeben:
    • – mit schneller Aufheizung durch direkte Kondensation und dem Erreichen von Mindesttemperaturen am feuchten Trockengut,
    • – eine Sicherstellung der Hygienisierung,
    • – mit schonender Produktbehandlung durch den Sattdampf und die gleichmäßige Befeuchtung,
    • – mit gutem Wärmeausgleich innerhalb des angefeuchteten Trockengutes,
    • – durch den hohen Wasserpartialdruck für einen schnellen Stoffaustausch,
    • – mit kleinen Luftmengen wegen des hohen Wärmeinhaltes im Trockengut,
    • – mit einer Verkürzung der Chargenzeit,
    • – mit einer Energieeinsparung und weniger CO2 Ausstoß,
    • – mit der Nachrüstbarkeit des Verfahrens,
    • – mit der Vorbereitung des Trocknungsapparat zur Nachrüstung eines Wärmerückgewinn,
    • – mit einem Dampferzeuger, vorgesehen zum Einbau in die Abluft,
    • – mit der Einbindung des Trocknungsapparates in einen Wärmepumpenkreislauf.
  • Es sind bei der Trocknung von Wäsche mit dem Wärmeträger Trocknungsluft folgende physikalische Bedingungen gegeben:
    Temperatur der Trocknungsluft 160°C
    Taupunkt der Trocknungsluft 42°C
    Temperatur an der feuchten Wäsche 40°C.
    bei der Verwendung von Dampf als weiteren Wärmeträger:
    Taupunkt des Dampfes, Kondensation bei 100°C
    Temperatur an der feuchten Wäsche 92°C
  • Im weiteren Trocknungsverlauf kann beim Erreichen einer Mindesttemperatur das Temperaturniveau in der Wäsche durch eine erneute Einleitung von Dampf für eine bessere Hygienisierung angehoben werden.
  • Aus dem vorstehenden Beispiel kann eine Wechselwirkung zwischen dem Feuchteanteil in der Luft und dem Taupunkt der gesättigten Luft und der Temperatur an einem Trockengut, bei einer freien Verdampfung der Feuchte, abgeleitet werden. Dabei ist die Temperatur des Trockengutes im Zeitpunkt der freien Wasserverdampfung im Allgemeinen gleich hoch wie der Taupunkt der umgebenden Atmosphäre bei Sättigung. Der Stoffaustausch in Form der Verdampfung ist durch den Dampfdruck am feuchten Trockengut bestimmt.
  • Diese physikalische Größe ist bei Wasser und Umgebungstemperatur 2700 Pa. Durch die Einbeziehung dieser allgemeingültigen Erkenntnisse über die Trocknung auf das Verfahren zur Trocknung von Wäsche wird deutlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein Trenn- und Trocknungsverfahren für Wäsche beschränkt ist, sondern dass Trockengüter allgemein damit vorteilhaft behandelt werden können.
  • In diesen Trenn- und Trocknungsverfahren können Naturprodukte wie Weizen, Erbsen, Linsen, Sojabohnen, Gras und andere behandelt werden; weiter ist die Anwendung der Erfindung in neuen Produktionsverfahren möglich, z.B. bei der Veredlung von Flusen, die als Recycling Produkt aus einer Shredderfeinfraktion mechanisch abgetrennt werden können und welche durch die Aufgabe von Wasser und dessen Verdampfung in einer Vorrichtung verfestigt und granuliert werden.
  • Die Vorteile, welche zur Steigerung des Stoffaustausches nach dem Verfahren gegeben sind, werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 beschrieben:
    Mit dem Dampf ist ein weiterer Wärmeträger eingesetzt. Ein Trockengut kann dadurch durch einen Kontakt mit dem Dampf sehr schnell erwärmt werden, ohne dass Temperaturen, die das Trockengut schädigen, auftreten.
  • Eine dampfhaltige Atmosphäre wird um das Trockengut aufgebaut. In dieser dampfhaltigen Atmosphäre kann eine Hygienisierung stattfinden. Dampf macht Wäsche knitterfrei und das Bügeln wird erleichtert. In einem feuchten Weizen stirbt das Ungeziefer und durch den Dampfanteil ist Sicherheit beim Brandschutz gegeben.
  • Das Trockengut wird durch einen Stoffaustausch mit dem Dampf durch Kondensation zunächst befeuchtet. Durch die Kondensation ist eine sehr schnelle Aufheizung des Trockengutes und der Wäsche möglich, da die Kondensation mit sehr guten Austauschkoeffizienten in dem kondensierenden Dampf abläuft. Hierdurch kann ein rascher Verfahrensablauf realisiert werden.
  • Durch eine Erhöhung der Temperatur in dem feuchten Trockengut wird der Stoffaustausch mit der Trocknungsluft gesteigert wird. Dieser Vorteil des Verfahrens ist dadurch begründet, dass sich der Dampfdruck von Wasser und Lösungsmitteln bei einem Anstieg um 15°C etwa verdoppelt und die Verdampfung der Feuchte proportional zum Dampfdruck der Flüssigkeit verläuft.
  • Die Anteile an Luft in der Abluft werden vermindert. Dies ist ein Vorteil, durch welchen die Steigerung des Stoffaustausches bestätigt wird. Die Verminderung der Anteile von Luft in der Abluft hat den Vorteil, dass die benötigte Luftmenge zur Trocknung geringer ist; dadurch hat man einen geringeren Energieverbrauch, kleinere Volumen und Anlagen und eine bessere Nutzung von Abwärme. Entsprechend ist die Höhe eines erreichten Vorteils umgekehrt proportional zu den Luftanteilen in der Abluft. Die mit dem Verfahren erzielbaren Vorteile sind bei der Trocknung von Wäsche hoch, da nach dem Stand der Technik in der Abluft aus einem Wäschetrockner mit 10 000 m3 Luft pro Stunde ca. 200 kg/h oder 20 g/m3 an Wasserdampf enthalten sind.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch das Verfahren nach Patentanspruch 2 gegeben. Nach Patentanspruch 2 wird der Dampf zu Beginn des Trocknungsprozess eingeleitet. Dabei wird das Trockengut oder die feuchte Wäsche vor der eigentlichen Trocknung durch kondensierenden Dampf erwärmt, gleichmäßig befeuchtet und der Dampfdruck in der anhaftenden Feuchte wird erhöht. Beispiel für Wärmestromdichte:
    Atmosphäre/Wärmeträger Dampf-Luftgemisch
    Gemisch-Temperatur 65°C
    Dampfanteil pro kg trockene Luft 0,21 kg – Wasser/kg Luft
    Wärmeinhalt pro kg Luft 623 kJ/kg Luft
    Wärmefreisetzung bei Kühlung 32,4 kJ pro °C
    Spez. Volumen des Wärmeträgers bei 65°C 1,35 m3 pro kg Luft
    Wärmeträger-Vergleich mit Luft: „trockene" Luft
    Wärmeinhalt 623 kJ/kg Luft
    Temperatur 600°C
    Spez. Volumen des Wärmeträgers bei 600°C 2,6 m3 pro kg Luft
    Wärmefreisetzung bei Kühlung 1 kJ pro °C
  • Bezogen auf das spez. Volumen ist die Wärmefreisetzung mit Dampf in einer dampfhaltigen Umgebung bei einer Kühlung um 1°C ca. 60-fach höher als bei trockener Luft mit gleichem Wärmeinhalt des Wärmeträgers.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 3 beschrieben. Nach Patentanspruch 3 wird im Verlaufe der Trocknung die dampfhaltige Atmosphäre um das Trockengut als Abluft abgeleitet und Zuluft wird erwärmt und zugeführt. Dadurch ist auf hohem Temperaturniveau, unterstützt durch hohe Dampfdrücke ein guter Stoffaustausch zwischen der Wäsche und der Trocknungsluft möglich. In der Abluft sind mehr Dampf und weniger Luft enthalten. Hierdurch werden die, in der Abluft entweichenden Wärmeverluste reduziert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 4 beschrieben. Nach Patentanspruch 4 wird der Dampf in den Trocknungsapparat im verlaufe der Trocknung mehrfach eingeleitet. Dadurch wird das Trockengut über einer Mindesttemperatur gehalten und die Wasserverdampfung kann bei hohen Dampfdrücken erfolgen. Damit sind die Voraussetzungen zur Ausbildung eines guten Stoffaustausches im weiteren Trocknungsverlauf gegeben. Es kann weiter eine bestimmte Mindesttemperatur eingehalten werden. Hierdurch kann die Funktion eines guten Stoffaustauschs sichergestellt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 5 beschrieben. Nach Patentanspruch 5 wird das Trockengut zum Beispiel eine feuchte Wäsche durch die Dampfaufgabe über eine erforderliche Temperatur für die Hygienisierung erwärmt. Damit wird diese Mindesttemperatur für die Hygienisierung bereits zu Beginn des Trocknungsvorgangs erreicht und in der feuchten Atmosphäre wird der Aufbau einer gleichmäßigen Temperaturverteilung unterstützt. Hierdurch kann eine Hygienisierung durch einen Temperaturwert kontrolliert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 6 beschrieben. Nach Patentanspruch 6 wird die Wäsche mit dem Dampf in der mechanischen Entwässerung, die der Trocknung vorgeschaltet ist, erwärmt. Hierbei wird der Wäschekuchen durch dampfhaltige Atmosphäre in einem mechanischen Kraftfeld erwärmt und entstehendes Kondensat aus dem Wäschekuchen mechanisch abgetrennt. Entsprechend dem Druck in der dampfhaltigen Atmosphäre kann der Wäschekuchen auf die Kondensationstemperatur der Dampfphase, also auch über 100°C erwärmt werden. Die mit dieser Ausgestaltung möglichen Vorteile für den Betrieb einer Wäscherei, innerhalb eines mehrstufigen Wasch- und Trennverfahrens sind wie folgt gegeben:
    • – die Hygienisierung von Wäschechargen in der mechanischen Trennstufe,
    • – die Energieeinsparung gegenüber einer Behandlung in der Waschtrommel durch die Wärmebehandlung am entwässerten Wäschekuchen,
    • – kurze Behandlungszeit durch die Sauerstoff freie Atmosphäre um die Wäschefasern,
    • – ein abnehmender Verbrauch des Wärmeträgers, durch abnehmendes Temperaturgefälle bei steigender Temperatur/Befeuchtung,
    • – Verdünnung der Waschlauge und Austausch von Waschlauge und Kondensat an der Wäschefaser, auch ein Spüleffekt bei einer Aufgabe von sauberem Wasser,
    • – die Behandlungsmöglichkeit von anderer, als für die Trocknung bestimmter Wäsche,
    • – eine Ausdehnung der Behandlungszeit z.B. bei 100°C ohne zusätzlichen Dampfbedarf
    • – eine Zuführung von Nutzwärme aus einem Wärmepumpenbetrieb mit Dampferzeugung.
  • Die Vorteile können in dem Kraftfeld einer Zentrifuge genutzt werden, indem der Dampf auf einen in der Zentrifuge befindlichen Wäschekuchen aufgegeben wird und ein Gemisch aus Waschlauge und Kondensat des Dampfes aus dem Wäschekuchen abgetrennt wird. Bei anderen Trockengütern z.B. bei Steinkohle wird durch die Temperaturerhöhung auch die Entwässerungsleistung gesteigert. Dann hat das feuchte Trockengut eine tiefere (Eingangs)-Feuchte. Diese Vorteile können mit einem Dampf, der als Abdampf aus einem Kondensatbehälter entnommen wird, auch erreicht werden. Dabei kann der Wärmeinhalt eines Hochdruckkondensates zur Einsparung von Primärenergie genutzt werden und gleichzeitig kann der Wärmebedarf zur Ausführung der Trocknung reduziert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 7 beschrieben. Nach Patentanspruch 7 wird der Dampf als weiterer Wärmeträger über das System für Zuluft zugeführt, ein druckloser Dampferzeuger mit einer Kondensatvorlage wird eingerichtet,
    die Abluft wird in den Dampferzeuger geleitet und die Zuluft aus dem Dampferzeuger entnommen. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, dass die mit der Abluft entweichende Wärme in dem Dampferzeuger zurück gewonnen wird. Gleichzeitig werden die Wärmeverluste mit der Abluft vermieden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 8 beschrieben. Nach Patentanspruch 8 ist die Verbindung des Dampferzeugers mit der thermischen Trennstufe zu einem Kreislauf für das Dampf-Luftgemisch als Wärmeträger ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, dass die Wärme von dem Dampferzeuger auf das Trockengut geleitet wird, das Trockengut erwärmt und der Stoffaustausch verbessert wird und dass die Wärme aus der Trennstufe in den Dampferzeuger geleitet, in dem Kondensat gespeichert wird und das Kondensat erwärmt wird und Wärme aus dem erwärmten Kondensat als Nutzwärme entnommen wird.
  • Durch diesen Aufbau eines Gaskreislaufes mit einem dampfhaltigen Gas aus Luft und Wasserdampf und die Betriebsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wird ein vorteilhafter Kreislauf, vergleichbar mit einer Wärmepumpe ausgebildet. In diesem Gaskreislauf kann die zur Verdampfung des Wassers an das Trockengut zugeführte Heizenergie als Abwärme auf dem Niveau des Kondensates in dem Dampferzeuger ausgekoppelt werden, um sie anderen Prozessstufen als Nutzwärme zuzuführen.
  • Weiter kann das zugeführte kalte Trockengut aus dem Wärmeträgerkreislauf auf die für den Stoffaustausch vorteilhafte Temperatur erwärmt werden und bei dieser Temperatur gehalten werden. Dieser stabile Temperaturverlauf ist durch die eingangs beschriebene Wechselwirkung sichergestellt, da bei einem Wärmeverlust im Trockengut dieser Verlust durch eine partielle Kondensation und Wärmefreisetzung aus dem Dampf-Luftgemisch ausgeglichen wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 9 beschrieben. Nach Patentanspruch 9 wird die Nutzwärme indirekt über Kühlflächen aus dem Dampferzeuger abgeleitet. Hierzu sind in der Kondensatvorlage des Dampferzeugers Kühlflächen eingesetzt, bevorzugt in dem Bereich mit der Wirbelschicht aus Kondensat und Kreislaufgas. Bei einer Temperatur der Wirbelschicht von 65°C kann ein Wasser für Heizzwecke in den Kühlflächen vorteilhaft auf 55°C bis 60°C erwärmt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 10 und 11 beschrieben. Nach Patentanspruch 10 und nach Patentanspruch 11 ist eine direkte Entnahme der Nutzwärme aus dem Dampferzeuger vorgesehen. Bei der direkten Entnahme wird das Kondensat oder das Dampfgemisch aus dem Gaskreislauf abgeleitet.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 12 beschrieben. Nach Patentanspruch 12 wird die Trocknung ab einer bestimmten Feuchte abgebrochen und die Wäsche durch eine Verdampfung von Restwasser und durch die Wärmeableitung an eine kalte Umgebungsluft gekühlt. Hierbei ist in einem Vorgang eine doppelte Kühlwirkung möglich und die Wäsche kann auf eine natürliche Feuchte im Gewebe getrocknet werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist in Patentanspruch 13 beschrieben. Nach Patentanspruch 13 wird der Druck innerhalb des Trocknungsapparates überwacht und der Volumenstrom der verbrauchten Abluft über einen Druckwert geregelt. Dieser Druckwert wird so geregelt, dass sich kein Druckgefälle in das Innere des Trocknungsapparats aufbauen kann. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass der Trocknungsverlauf durch das Ansaugen von kalter Falschluft gestört wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Vorrichtung ist in Patentanspruch 14 beschrieben. Nach Patentanspruch 14 ist in einer Vorrichtung mit einer Trenn- und Trocknungseinrichtung und einem dazugehörigen Zu- und Abluftsystem, eine Zuführleitung für Dampf und ein Dampferzeuger vorgesehen, um die in der Abluft enthaltene Wärme zurückzugewinnen.
  • Dieser Rückgewinn von Wärme ist dadurch gegeben, dass der Dampferzeuger eine Kondensatvorlage als Wärmespeicher aufweist, das Zu- und Abluftsystem mit der Trenn und Trocknungseinrichtung in einem Kreislauf steht, die Dampfzufuhr von der Kondensatvorlage aus erfolgt, der Kreislauf im Betrieb mit einem Dampf-Luftgemisch gefüllt ist, die Abluft im Stoffaustausch mit dem Kondensat steht und eine Wärmeabgabe an das Kondensat stattfindet. Bei einer Erwärmung des Kondensates ist eine Speicherung der Wärme gegeben.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Patentanspruch 15 beschrieben. Nach Patentanspruch 15 ist zur Ausbildung einer Wärmepumpe zwischen der Trenn- und Trocknungseinrichtung und dem Dampferzeuger eine Auskopplung von überschüssiger Wärme vorgesehen ist.
  • Diese Wärmeauskopplung ist dadurch möglich, dass in dem Dampferzeuger eine Wirbelschicht aus Kondensat und Luft vorgesehen ist, und bei einer Befüllung der Trenn- und Trocknungseinrichtung mit Trockengut Wärme aus dem Dampferzeuger mit dem Dampf-Luftgemisch auf das Trockengut übertragen wird. Zusätzlich wird nach der Erwärmung des Trockengutes die Wärme aus der Trenn- und Trocknungseinrichtung mit dem Dampf-Luftgemisch auf das Kondensat übertragen und diese Wärme ist dann in dem Kondensat gespeichert.
  • Eine vorteilhafte direkte und indirekte Auskopplung der Wärme ist in den Ansprüchen 16 bis 18 beschrieben.
  • Mit der Verwendung von Dampf als weiteren Wärmeträger ist es als möglich, den Stoffaustausch an einem Trockengut zu steigern und in einem Wärmepumpenbetrieb mit Gaskreislauf die Wärme von einem drucklosen Dampferzeuger auf das Trockengut und von dem Trockengut die Wärme in den Dampferzeuger zu übertragen und dort in dem Kondensat zu speichern.
  • Die Vorteile, die sich durch die Lösung der Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und der weiteren Ausgestaltung ergeben, sind vorstehend mit der Ausgestaltung des Trenn- und Trocknungsverfahren und den thermodynamischen Grundlagen und Wirkprinzipien beschrieben. Dabei hat sich gezeigt, dass mit dieser Ausgestaltung des Trocknungsverfahrens ein Gaskreislauf gegeben ist, der auch Funktionen einer Wärmepumpe ermöglicht. Da diese Funktionen mit neuen Merkmalen erreicht werden und diese Merkmale durch eine Darstellung in einem i,x-Diagramm nach Mollier erkennbar sind, wird diese Wärmepumpe im Folgenden beginnend mit dem Nebenanspruch 19 beschrieben.
  • Die Vorteile der Wärmepumpe zur Behandlung von trockenen und feuchten Gütern und für eine Nutzung von Abwärme, nach einem der Ansprüche 1 bis 13 sind durch die Lösung der Aufgabe in Verbindung mit aufgeführten Merkmalen gegeben. Hierzu sind eine Einrichtung zur Aufnahme trockener und feuchter Güter mit einem Zu- und Abluftsystem für eine Wärmebehandlung der Güter, z.B. ein bestehender Wäschetrockner, mit einem Ventilator und einem Dampferzeuger für eine Dampfzuleitung über das Zu- und Abluftsystem in einen Gaskreislauf zur Ausbildung der Wärmepumpe eingebunden. Diese Ausbildung des Trockners mit einem Ventilator und einem Dampferzeuger zu einer Wärmepumpe hat den Vorteil, dass der Aufwand an Technik durch die Kombination von Trockner und Dampferzeuger, also von Altem mit Neuem, gering ist. Weiter ist die Möglichkeit zur Nachrüstung des Dampferzeugers und für eine vorteilhafte Umrüstung von Trocknungsanlagen gegeben.
  • In dem Dampferzeuger ist eine Kondensatvorlage als Wärmespeicher ausgebildet. Hierdurch kann Wärme aus dem Gaskreislauf gespeichert werden. Diese Speicherung von Wärme hat den Vorteil, dass der Aufwand an Technik für eine Kühleinrichtung eingespart wird und dass aufgrund der Speicherung diese Wärme zeitlich versetzt als Nutzwärme ausgekoppelt werden kann.
  • Der Gaskreislauf ist im Betrieb mit einem Dampf-Luftgemisch gefüllt und in dem Dampferzeuger ist eine Wirbelschicht aus Kondensat und Dampf-Luftgemisch ausgebildet und durch die Zuleitung des Dampfes an die Güter ist eine Erwärmung derselben durch Kondensation gegeben. Mit der Füllung des Kreislaufes mit einem Dampf-Luftgemisch ist der Vorteil gegeben, dass der Gaskreislauf zur Trocknung zugleich als Kreislauf für die Ausbildung der Wärmepumpe vorgesehen ist.
  • Hierdurch können der apparative Aufwand für eine Kälteanlage, die Betriebsmittel und die Energiekosten eingespart werden. Dabei hat die Verwendung der Dampf-Luftgemische aus dem Dampferzeuger den Vorteil, dass es im Zustand der Sättigung und mit einem großen Wärmeinhalt an die Güter herangeführt wird. Durch den großen Wärmeinhalt sind bei der Sättigung höhere Partialdrücke in der Feuchte gegeben, wodurch der Stoffaustausch an trockenen und feuchten Gütern begünstigt wird. Während in einem Kondensationswäschetrockner die Prozessluft zum Entfeuchten gekühlt wird und bei der Erwärmung ein trockenes Gas entsteht, so kann nach obigem Merkmal durch die Wärmepumpe ein gesättigtes Dampfluftgemisch an die Güter herangeführt werden, aus welchem auf tiefem Temperaturniveau große Wärmemengen zu deren Aufheizung abgeleitet werden können.
  • Bei einer Zuleitung von Wärme z.B. mit dem überhitzten Dampf-Luftgemisch ist eine Verdampfung der Feuchte und eine Zunahme an Dampf in dem Gaskreislauf gegeben, und weiter ist eine Wärmeabgabe aus dem Gaskreislauf durch kondensierenden Dampf an das Kondensat in der Wirbelschicht vorgesehen, mit einer Speicherung von Wärme durch die Erwärmung des Kondensats und mit der Möglichkeit zur Entnahme der Wärme. Hierbei kann das überhitzte Dampf-Luftgemisch für die Verdampfung der Feuchte an den Gütern verwendet werden. Das hat den Vorteil, dass durch den hohen Dampfgehalt in dem Gaskreislauf ein hoher Partialdruck des Dampfes und dieser auch am Produkt in der Wechselwirkung mit der Temperatur gegeben ist und bei dieser Ausgestaltung des Wärmepumpenbetriebs der Stoffaustausch am Produkt durch einen höheren Dampfdruck unterstützt wird.
  • Vorteilhaft bewirkt die Zunahme an Dampf in dem Gaskreislauf einen Anstieg des Taupunktes und des Temperaturniveau durch eine Wärmeabgabe an das Kondensat in der Wirbelschicht. Mit der Speicherung der Wärme in dem Kondensat ist der Vorteil verbunden, dass die Wärme einerseits gespeichert werden kann und dass die Temperatur an den Gütern durch eine Entnahme der Wärme aus dem Kondensat begrenzt werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patenanspruch 20 beschrieben. Nach Patentanspruch 20 ist vorgesehen, dass in der Wärmepumpe eine Umwandlung von Wärme stattfindet. Hierdurch ist es möglich, dass der Wärmeinhalt einer Abluft, der bisher ungenutzt ist, durch die Ausbildung der Wärmepumpe mit einem Gaskreislauf über das Zu- und Abluftsystem in dem Gaskreislauf sich anreichert und in eine andere Energieform umgewandelt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patenanspruch 21 beschrieben. Nach Patentanspruch 21 sind in der Wärmepumpe Mengenänderungen der Füllung und wechselnde Dampfanteile im Gaskreislauf vorgesehen. Die hat den Vorteil, dass die Wärmepumpe mit unveränderter Ausgestaltung an wechselnde Anforderungen hinsichtlich des Stoffaustausches und der Wärmenutzung angepasst werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 22 und 23 beschrieben. Nach den Patentansprüchen 22 und 23 ist vorgesehen, dass vorstehende Abluft von 100°C mit einem Wärmeinhalt von 159 kJ pro kg Luft in eine Luft mit Wasserdampf von 85°C und einem Wärmeinhalt von 2460 kJ pro kg Luft umgewandelt werden kann. Damit ist in der Luft, nach der Umwandlung, eine theoretische Heißlufttemperatur von 2450°C vorhanden. Vorteilhaft ist damit aufgezeigt, wie aus einer Abluft von 100°C durch die Umwandlung der Wärme in der Wärmepumpe eine für die weitere Verwendung höherwertige Wärme bei tieferen Temperaturen erhalten wird. Gleichzeitig ist diese höherwertige Wärme vorteilhaft einzusetzen, um die Behandlung von trockenen und feuchten Gütern mit einem besseren Stoffaustausch zu gestalten.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 25 beschrieben. Nach Patentanspruch 25 ist vorgesehen, dass durch die Umwandlung der Wärme, durch eine Anreicherung der Dampfanteile in der Befüllung und durch den Stoffaustausch an den Gütern die Wärmepumpe bei einem Energiebedarf von 5 kWh für den Ventilator eine Einsparung von 325 kWh an Wärme ermöglicht. Durch das Zusammenwirken der obigen Funktionen innerhalb des Gaskreislaufes der Wärmepumpe kann bei einem Energiebedarf für den Antrieb von 5 kWh ein Gewinn an Wärme von 325 kWh erreicht werden. Das entspricht mit einer Leistungszahl von 65 (325/5) einer Verbesserung um einen Faktor 15 zu dem Betrieb herkömmlicher Wärmepumpen, die mit einem Leistungsfaktor von 4,3 arbeiten können.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 26 beschrieben. Nach Patentanspruch 26 ist vorgesehen, die Wärme nach der Umwandlung mittels eines Dampf-Luftgemisches für eine Aufheizung von Gütern einzusetzen. Die hat den Vorteil, dass die Wärme nicht nur für eine Aufheizung zu verwenden ist, sondern dass der Stoffaustausch an den Gütern durch die Wärmeumwandlung erhöht wird. Weiter können die Güter auf einer bestimmten Temperatur behandelt werden. Dies ist z.B. beim Garen von Lebensmitteln erwünscht.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 27 beschrieben. Nach Patentanspruch 27 ist vorgesehen, dass ein Überschuss an Wärme nach der Umwandlung ausgekoppelt wird. Hierdurch ist es möglich, eine nach der Umwandlung hochwertige Energieform als Dampfluftgemisch auch in weiteren Prozessstufen wie das Finishing von Hemden vorteilhaft zu nutzen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 28 beschrieben. Nach Patentanspruch 28 ist das Kondensat für die Aufnahme der Wärme und für die Abgabe bei der Umwandlung vorgesehen. Durch eine Entnahme der Wärme aus dem Kondensat ist es möglich über den Zustand des Kondensates also über seine Temperatur die Zusammensetzung der Nutzwärme bei der Auskoppelung zu überwachen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 29 beschrieben. Nach Patentanspruch 26 ist die Umwandlung der Wärme unter atmosphärischen Bedingungen vorgesehen. Hierdurch werden der Aufbau der Wärmpumpe mit einer bestehenden Einrichtung sowie der Betrieb derselben erleichtert.
  • Es ist selbstverständlich, dass auch ein Betrieb der Wärmepumpe auf einem höheren Druckniveau möglich ist. Das ist von Vorteil, wenn bestimmte Güter unter Reinraumverhältnissen behandelt werden oder eine Betriebsstätte in einer belasteten Umgebung liegt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 31 beschrieben. Nach Patentanspruch 31 wird die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von Haushaltsgütern betrieben. Hierdurch ist es möglich, dass Haushaltsgüter in einem Gaskreislauf und mit einer Umwandlung von Wärme behandelt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 32 beschrieben. Nach Patentanspruch 32 wird die Wärmepumpe im Zusammenhang mit der Trocknung von Wäsche oder Geschirr betrieben. Durch diese Behandlung gerade bei der Trocknung von Haushaltswaren, wo vielfach elektrischer Energie als Wärmeträger verwendet wird, ist es möglich, den Stoffaustausch durch eine Trocknung mit einem Dampf-Luftgemisch und durch höhere Temperaturen an dem Geschirr oder an der Wäsche zu verbessern. Hierdurch kann im Wärmepumpenbetrieb eine hochwertige Energieform gegenüber dem ursprünglichen Betriebsablauf eingespart werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patenanspruch 33 beschrieben. Nach Patentanspruch 33 wird die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von Lebensmitteln betrieben. Durch diesen Betrieb der Wärmepumpe in Kombination mit der Einrichtung für Lebensmittel ist es möglich, diese Lebensmittel wie Gemüse, Speisen mit tierischem Eiweiß, wie Fleisch bei einer bestimmten Temperatur zu garen. In einem Gaskreislauf mit einem gesättigten Dampf-Luftgemisch kann vorteilhaft eine Ausdampfung von Wasser und der Gewichtsverlust verhindert werden. Hierdurch können die Speisen mit dem ursprünglichen Wassergehalt verwertet werden. Weiter kann die Energie, die durch eine Verdampfung in einem Dampfgarer verloren geht, eingespart werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 35 beschrieben. Nach Patentanspruch 35 wird die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von industriellen Gütern und Rohstoffen betrieben. Hierdurch können bestehende Trocknungseinrichtungen z.B. von Rübenschnitzeln auf den Betrieb als Wärmepumpe umgerüstet werden. Der Stoffaustausch in dem allgemein langsamen Trocknungsprozess kann verbessert werden. Dabei wird der Stoffumsatz durch den hohen Partialdruck in dem einzelnen Rübenschnitzel erhöht und durch eine Wärmeumwandlung kann die Wärme für eine Erwärmung von Waschkreisläufen in der Rübenwäsche genutzt werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 36 beschrieben. Nach Patentanspruch 36 wird die Wärme mechanisch z.B. in einem Mischer oder Granulator zugeführt. Hierdurch kann durch die Einbindung der mechanisch arbeitenden Einrichtung in die Wärmepumpe ein Gut in dem Dampf-Luftgemisch zusätzlich erwärmt werden und durch die Wärmeeinwirkung die Behandlungszeit und der Energiebedarf in dem Granulator reduziert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 37 beschrieben. Nach Patentanspruch 37 wird die Wärme durch eine chemische Reaktion in den Gütern zugeführt. Hierdurch kann in der Wärmepumpe die Reaktionswärme in eine nutzbare Wärme gewandelt werden. Der Verlauf einer chemischen Reaktion kann auch über die Temperatur in dem Gaskreislauf kontrolliert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 38 beschrieben. Nach Patentanspruch 38 wird die Wärme durch eine Erwärmung des Dampf-Luftgemisches zugeführt. Hierdurch kann ein Trocknungsprozess durch die zeitliche Abstimmung der Wärmezufuhr auf eine bestimmte Höhe der Temperatur in den Gütern variabel gestaltet werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 39 beschrieben. Nach Patentanspruch 39 wird die Wärme in dem Kondensat der Wirbelschicht zugeführt. Hierdurch kann die Höhe der Temperatur und der Taupunkt in dem Gaskreislauf durch eine indirekte Wärmezufuhr über Heizflächen oder durch eine direkte Aufheizung des Kondensates verändert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 40 beschrieben. Nach Patentanspruch 40 werden Inhaltsstoffe der trockenen und flüssigen Güter in dem Kondensat gespeichert. Hierdurch können beim Garen von Speisen frei werdende Aromastoffe und Geschmacksträger wie Ketone zusammen mit dem Kondensat verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Wärmepumpe ist in Patenanspruch 41 beschrieben. Nach Patentanspruch 41 ist mit der Wärmepumpe auch eine Umwandlung von Wärme gegeben. Hierzu ist unter den bereits erwähnten Merkmalen in dem Dampferzeuger auch eine Wirbelschicht aus Kondensat und Dampf-Luftgemisch ausgebildet. Durch die guten Austauschraten in dem System flüssig-gasförmig einer Wirbelschicht und durch das Durchleiten des Dampf-Luftgemisches durch diese Wirbelschicht ist es möglich, im Gaskreislauf der Wärmepumpe einen bestimmten Betriebszustand einzustellen und die Wärmepumpe bei bestimmten Temperaturen zu betreiben.
  • Dabei sind die Austauschraten so gut, dass ein Gas und ein Dampf-Luftgemisch bei Temperaturausgleich und gesättigt nach dem Prinzip des Kreuzstromes aus der Wirbelschicht austreten. Bei guten Austauschraten in einer Wirbelschicht kommen auch Druckunterschiede zwischen dem Dampfdruck des Kondensates und dem Partialdruckes des Dampfes in dem Gaskreislauf der Wärmepumpe zu einem Ausgleich. Damit ist der Zustand des Dampf-Luftgemisches durch die Temperatur in dem Kondensat in Verbindung mit dem tatsächlichen Dampfdruck des Kondensates bestimmt.
  • Durch die Wechselwirkung von Funktionen wird das Ergebnis der Wärmepumpe als Arbeitsmaschine durch die Temperatur in der Wirbelschicht bestimmt. Dieser Temperaturwert ist vergleichbar mit Druckwerten von Kompressionskältemaschinen, die über den Anfangs und Enddruck im Hochdruck und Niederdruckteil definiert werden. Die Funktion der Wärmpumpe ist also vorteilhaft auf physikalischen Eigenschaften und den Daten der Stoffe begründet,
    • – dass in der Wirbelschicht des Dampferzeugers, praktisch funktionsbedingt, die Anteile an Dampf im Gaskreislauf erzeugt werden und
    • – ein Dampf-Luftgemisch, welches überhitzt ist, gesichert auf den Taupunkt gebracht wird und
    • – dass weiter die Güter zur Behandlung auf diesen Taupunkt zur Verbesserung des Stoffaustausches erwärmt werden.
  • Hierdurch ist es weiter möglich, dass mit der Zuleitung von Wärme in die Wärmepumpe deren Umwandlung in ein Dampf-Luftgemisch mit höheren Dampfanteilen erfolgt.
  • Nach Patentanspruch 42 ist der Gaskreislauf der Wärmepumpe entsprechenden den Funktionen unterteilt:
    • 1. die Zuleitung der Wärme erfolgt in einem Bereich zwischen Dampferzeuger und der Einrichtung mit den Gütern,
    • 2. die Ableitung der Wärme zur Einstellung/Änderung der Dampfanteile im Gaskreislauf im Austausch des Dampf-Luftgemisches mit der Wirbelschicht erfolgt in einem Bereich zwischen der Einrichtung mit den Gütern und dem Dampferzeuger und
    • 3. mit der Zuleitung der Wärme erfolgt deren Umwandlung in der Wirbelschicht in ein Dampf-Luftgemisch mit höheren Dampfanteilen.
  • Diese Aufteilung in nur 3 Funktionen hat den Vorteil, dass in dem Kreislauf dampf- und gasförmige Anteile umgewälzt werden und kein Entspannungsventil für Kondensat benötigt wird. Hierdurch kann die Wärmepumpe vorteilhaft bei konstantem Druck und drucklos gebaut und betrieben werden.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patenanspruch 43 beschrieben. Nach Patentanspruch 43 wird der Stoffaustausch an den Gütern mit einer Erhöhung des Dampfanteiles gesteigert. Hierdurch ist es möglich, dass aufbauend auf dem guten Wärme- und Stoffaustausch in der Wirbelschicht des Dampferzeugers der Stoffaustausch an den Gütern gesteigert wird. Weiter werden gemäß dem Ablauf der Funktionen in der Wirbelschicht die Behandlungszeiten in der Wärmepumpe verkürzt.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 44 beschrieben. Nach Patentanspruch 44 wird mit einer Erhöhung des Dampfanteiles der Partialdruck der Feuchte an den Gütern gesteigert. Hierdurch kann der Partialdruck von Wasser bei Umgebungsluft von 2700 Pa auf 71500 Pa bei 90°C gesteigert werden. Die Erhöhung des Partialdruckes des Dampfes hat den Vorteil, dass der Druck im Gaskreislauf bei einem Anstieg der Temperatur konstant bleibt und die Wärmepumpe ohne einen Kompressor und ohne ein Entspannungsventil bei konstantem Druck betrieben werden kann.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 45 beschrieben. Nach Patentanspruch 45 wird mit einer Erhöhung des Dampfanteiles die Eintrittstemperatur des Kreislaufgases zu einem Wärmeaustauscher erhöht. Hierdurch ist die Ausgangstemperatur für die Erzeugung eines überhitzten Trocknungsgases gegenüber dem Stand der Technik und einem Kondensationstrockner, der mit einer Kühlung arbeitet, erhöht und der Verbrauch an Primärenergie wird verringert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 46 beschrieben. Nach Patentanspruch 46 wird mit einer Erhöhung des Dampfanteiles der Wärmebedarf für die Erzeugung eines überhitzen Gases verringert. Hierdurch wird in dem Wärmeaustauscher, der das Dampf-Luftgemisch auf eine bestimmte Solltemperatur erwärmt, die Eingangstemperatur erhöht und der Wärmebedarf zum Erreichen der Solltemperatur verringert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patentanspruch 47 beschrieben. Nach Patentanspruch 47 wird die Abwärme als Dampf-Luftgemisch genutzt. Hierdurch ist es möglich, eine hochwertige Wärme an anderen Verfahrensstufen z.B. in dem Finisher einer Wäscherei oder in einen zentralen Wärmespeicher einzubringen.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmepumpe ist in Patenanspruch 48 beschrieben. Nach Patentanspruch 48 wird durch die Umwandlung von Wärme in der Wärmepumpe die CO2 Belastung in dem Behandlungsverfahren für die Güter und in dem Nutzungsverfahren der Abwärme reduziert.
  • Eine Darstellung der Wärmepumpe mit einem Dampf-Luftgemisch ist in Patentanspruch 49 beschrieben. Nach Patentanspruch 49 wird der Gaskreislauf in einem Mollier Diagramm z.B. einem i,x-Diagramm für feuchte Luft abgebildet. Diese Art der Abbildung hat den Vorteil, dass die spezifischen Wärme- und Stoffströme der Wärmepumpe aus einer Abbildung entnommen werden können.
  • Eine vorteilhafte Wärmepumpe ist in Patenanspruch 50 beschrieben. Nach Patentanspruch 50 wird der Enthalpieunterschied pro kg trockenen Kreislaufgases durch die Länge der Senkrechten eines Dreieckes in dem i,x-Diagramm ausgedrückt. Diese Senkrechte ist damit proportional zu dem Bedarf an Primärenergie und zu der Wärmeleistung der Wärmepumpe. Vorteilhaft kann deshalb diese graphische Abbildung der Wärmepumpe dazu genutzt werden, um über die Betriebspunkte in dem i,x-Diagramm die Eckpunkte eines Dreieckes festzulegen. Mit den Eckpunkten ist die Zusammensetzung des Dampf-Luftgemischs z.B. im Taupunkt bestimmt und damit können die Gasvolumen und die Gasmengen für die Auslegung der Trocknungseinrichtung und des Zubehörs zum Trockner festgelegt werden.
  • Die Beschreibung der Wärmepumpe nach den Ansprüchen 49 bis 55 hat den Vorteil, dass mit der Abbildung in einem i,x-Diagramm das Verfahren für die Trocknung von Gütern z.B. Wäsche mit den Daten aus dem Diagramm definiert und geplant werden kann und dass der Betrieb einer Trocknungseinrichtung durch die Eckpunkte des Diagramms reproduzierbar darstellbar ist.
  • Durch diese Darstellung sind die Voraussetzungen für einen sicheren Betrieb und für eine sichere Temperaturbehandlung und Hygienisierung von Wäsche erfüllt.
    •
  • Die Erfindung wird durch die Darstellungen in 1 bis 4 beschrieben.
  • 1 zeigt ein Trenn- und Trocknungsverfahren mit Dampf als weiteren Wärmeträger.
  • 2 zeigt das Verfahren mit einer Rückgewinnung von Wärmeverlusten.
  • 3 zeigt eine Wärmepumpe.
  • 4 zeigt einen Wärmepumpenprozess in einem i,x-Diagramm.
  • Zur Beschreibung von 1:
  • In 1 ist ein Verfahren beschrieben, dargestellt an der Nassreinigung von Wäsche, das aus 3 Stufen aufgebaut ist. Darin ist mit 1 eine Waschtrommel, mit 2 eine mechanische Trennstufe zur Entwässerung und mit 3 eine thermische Trennstufe zur Trocknung von Wäsche bezeichnet. In der Wäscherei kommt die gewaschene Wäsche 4 aus der Waschtrommel 1 und wird der mechanischen Trennstufe 2 zur Entwässerung zugeführt. Die dargestellte Entwässerung ist als Zentrifuge 5 aufgebaut, in welcher die Wäsche aufgegeben wird und aus einem Wäschekuchen 6 die Waschlauge in einem Zentrifugalfeld abgeleitet wird. Die entwässerte Wäsche 7 wird taktweise zur Trocknung in einen Trocknungsapparat 8 der thermischen Trennstufe 3 aufgegeben.
  • Weiter ist eine Ableitung 44 von entwässerter Wäsche 7 zu einer nicht dargestellten Mangel möglich.
  • Der Trocknungsapparat 8 ruht auf Auflagern 9. Es ist weiter eine Öffnung 10 zum Be- und Entladen der Wäsche 7 gezeigt und schematisch ist eine drehbare Trommel 11 zur Aufnahme der Wäsche dargestellt. Die behandelte Wäsche 12 wird taktweise entladen.
  • Zu diesem Trocknungsapparat 8 gehört ein System 13 für Zuluft bestehend aus, einer Rohrleitung 14 für Zuluft, einer Drosselklappe 15, einem Ventilator 16 und einem Wärmeaustauscher 17 zur Erwärmung der Trocknungsluft, die über einen Stutzen 18 als Wärmeträger dem Trocknungsapparat 8 zugeführt werden kann. Diese Aufheizung der Trocknungsluft kann wahlweise indirekt in dem Wärmeaustauscher 17 mit einer Flüssigkeit, mit Dampf oder mit elektrischer Energie erfolgen. Ebenso ist eine Aufheizung durch die direkte Verbrennung eines organischen Energieträgers z.B. von Erdgas möglich.
  • Zu diesem Trocknungsapparat 8 gehört ein System 19 für Abluft, zur Ableitung von verbrauchter Trocknungsluft, bestehend aus einer Rohrleitung 20 für Abluft, einer Drosselklappe 21 und einem Abluftventilator 22.
  • Weiter ist eine Ableitung 45 von verbrauchter Trocknungsluft und deren Zuführung zu einer nicht gezeigten Mangel möglich, um weitere Energie einzusparen.
  • Im Verlaufe eines Trocknungsvorgangs entsteht aus dem zugeführten Wärmeträger Luft ein wechselndes Abluftvolumen.
  • Durch eine Druckmessung 23 innerhalb des Trocknungsapparates 8 ist in Verbindung mit einer Regelung des Druckes PC über die verstellbare Drosselklappe 21 die Möglichkeit aufgezeigt, die überschüssigen Volumen, unter Einhaltung konstanter Druckverhältnisse aus dem Trocknungsapparat 8 abzuleiten. Sofern der Sollwert der Regelung auf einen Wert nahe +/– 0 eingestellt wird, dann kann vermieden werden, dass in den Trocknungsapparat eine kalte Falschluft angesaugt wird.
  • Über eine Dampf führende Leitung 30 z.B. von einem Dampferzeuger, ist die Möglichkeit der Zufuhr eines weiteren Wärmeträgers in Form von Dampf dargestellt. In dieser Leitung 30 kann eine Reduzierstation 31 zum Abbau des Dampfdruckes vorgesehen werden. Zur Erzeugung von Sattdampf kann über eine Leitung 32 ein Druckwasser zugeführt werden. Eine Abscheidung und Ableitung von überschüssigem Kondensat erfolgt über eine Leitung 33 mit einem eingebauten Kondensatabscheider 34. Zur raschen Erwärmung der feuchten Wäsche 7 kann der Sattdampf über ein Ventil 36 und eine Leitung 35 mit mehreren Öffnungen der Wäsche 7 in dem Trocknungsapparat 8 zugeführt werden. An der kälteren Wäsche kondensiert der Dampf, und die Wäsche kann bis an die Sattdampftemperatur erwärmt werden. In diesem Betriebszustand kann das System 13 für Zuluft z.B. durch ein Schließen der Drosselklappe 15 stillgelegt werden. Es ist selbstverständlich, dass durch eine Mischung von Luft und Dampf in dem Trocknungsapparat 8, bei gedrosselter Luft durch die Klappe 15, ein tieferer Kondensationspunkt und damit eine tiefere Behandlungstemperatur für die Wäsche eingestellt werden kann. Nachdem der Trocknungsapparat 8 durch den Dampf auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt ist, kann die Zufuhr des Wärmeträgers Dampf durch Schließen des Ventils 36 unterbrochen werden. Ab diesem Zeitpunkt wird durch den Betrieb des Systems 13 für Zuluft und des System 19 für Abluft die dampfhaltige Atmosphäre 24 um die Wäsche durch Trocknungsluft als Wärmeträger ersetzt.
  • Bei einer Temperatur von 92°C hat der Wasserdampfpartialdruck in der Wäsche die physikalische Größe von 76 000 Pa. Bei der ursprünglichen Temperatur von 40°C ist der Partialdruck von Wasser 7 500 Pa. Damit ist die treibende Kraft für den Stoffaustausch von der Wäsche zu der Trocknungsluft um einen Faktor (76 000/7 500) 10 größer als bei der ursprünglichen Verdampfungstemperatur von 40°C. Dadurch wird eine höhere Sättigung der Trocknungsluft erreicht; als Folge davon wird der Energieverbrauch gesenkt.
  • Mit der Weiterführung der Dampfleitung 39 und dem Ventil 40 ist eine weitere Möglichkeit aufgezeigt, den Wärmeträger Dampf in dem Trenn- und Trocknungsverfahren einzusetzen. Von dem Ventil 40 besteht eine Verbindung 41 mit mehreren Austrittsöffnungen in den Innenraum der Zentrifuge 5. Bei der Aufgabe des Dampfes, bevorzugt von Sattdampf, auf den Wäschekuchen 6 erfolgt eine Kondensation von Dampf, bei gleichzeitiger Erwärmung der Wäsche und einer Verdünnung der Waschlauge durch Kondensat. Durch den Austritt dieses Gemisches und den Aufbau eines Kondensatflusses innerhalb des Kuchens entsteht ein Unterdruck, wodurch der Stoffaustausch und die Dampfansaugung in den Kuchen intensiviert werden. Bei diesen Bedingungen ist das Erreichen einer tieferen Restfeuchte in dem Wäschekuchen möglich. Eine Spülung des Wäschekuchens 6 mit Wasser ist über den Weg 32, 39, 40, 41 in der Zentrifuge 5 möglich.
  • Die Entwässerung der Stufe 2 kann weiter in einer nicht gezeigten Presse bei hohen Drücken erfolgen, in welcher die höheren Drücke aufgebaut werden können. Eine Aufgabe von Dampf als Wärmeträger ist bei einer Presse in dem Freiraum über dem Wäschekucken möglich. Bevorzugt wird dann ein Dampf eingesetzt, der ein höheres Druckniveau hat, ohne eine Behandlung in der Reduzierstation 31/32.
  • Diese Dampfaufgabe ist weiter in Wasch- und Trennmaschinen möglich, bei welchen die Wäsche als Stufe 1 und die Entwässerung als Stufe 2 in einem Apparat durchgeführt werden.
  • Zu der vorstehenden Beschreibung ist zu ergänzen, dass die Nutzung von Dampf als weiteren Wärmeträger in bestehenden Wäschetrocknern nachgerüstet werden kann. Weiter kann der Wärmeträger Dampf in den gewerblichen Maschinen nachgerüstet werden, sofern diese Maschinen mit einem Dampferzeuger, vergleichbar dem Dampferzeuger zur Versorgung eines Dampfbügelgerätes, ausgestattet werden.
  • Eine gute Energieausnützung und eine wirkungsvolle Kühlung kann erreicht werden, sofern die Endtrocknung mit kalter Luft 42 erfolgt und diese Luft direkt, nicht über das vorgewärmte System 13 für Zuluft zugeführt wird. Diese Kaltluftzufuhr 42 ist durch eine Rohrleitung und ein zugehöriges Absperrventil schematisch dargestellt.
  • Abwasserströme, wie das Kondensat aus dem Kondensatabscheider 34 und ein warmes Abwasser 43 aus der Entwässerung 2 können zur Wiederverwendung zusammengeführt werden.
  • Mit der Verwendung von Dampf in den Wasch- und Trennverfahren für Wäsche und Waschlauge als zusätzlicher Wärmeträger ist die Ausbildung von neuen einfachen Verfahrensschritten möglich. Die Einfachheit ist durch die Einfachheit der Dampfzuleitung und der Mengenregelung in Verbindung mit der Möglichkeit der Nachrüstung gegeben. Dabei geht der Dampfverbrauch mit zunehmender Temperatur des feuchten Wäschegutes zurück.
    Beispiel – Wäschetrockner: Luft 10 000 m3/h/ Verdampfung 200 kg/h
    Abluft ca. 11 000 kg/h bei 95°C;
    Spez. Feuchteaufnahme 200 000/11 000 18,1 g-H2O pro kg-Luft;
    Wärmeverlust (nur der Luftanteil) 260 kW
  • Mit Dampf als weiteren Wärmeträger und mit verminderten Luftanteil, nach einem der Ansprüche 1 bis 55:
    Spezifische Feuchteaufnahme 40 g-H2O pro kg-Luft
    Neue Luftmenge 200 000/40 5 000 kg/h
    Minderung der Luftmenge 6 000 kg/h
    Einsparung 260 × 6000/11 000 136 kW
    Heizöl-äquivalent: (eingespart) 12,6 Liter Öl
    Einsparung pro Stunde (65 EUR/100 Liter) 8,18 EUR/Stunde
    Bei 4 000 h pro Jahr 32 720 EUR/Jahr
  • Zur Beschreibung von 2:
  • In 2 ist eine Trenn- und Trocknungsstufe 3 in Verbindung mit einem Dampferzeuger 50 dargestellt. Der Trenn- und Trocknungsapparat 8 ruht auf Auflagern 9. Es ist weiter eine Öffnung 10 zum Be- und Entladen von Wäsche gezeigt und schematisch ist eine drehbare Trommel 11 zur Aufnahme der Wäsche 7 dargestellt.
  • Die behandelte Wäsche 12 wird taktweise entladen.
  • Sofern in einer derartigen Einrichtung andere Trockengüter behandelt werden, dann besteht dafür eine Zuleitung 7a und ein Ableitung 12a für das Trockengut. Zu diesem Trocknungsapparat 8 gehört ein System 13 für Zuluft bestehend aus, einer Zuluftleitung 14, einer Drosselklappe 15, einem Ventilator 16 und einem Wärmeaustauscher 17 zur Erwärmung der Trocknungsluft, die über einen Stutzen 18 als Wärmeträger dem Trocknungsapparat 8 zugeführt werden kann. Diese Aufheizung der Trocknungsluft kann wahlweise indirekt in dem Wärmeaustauscher 17 mit einer Flüssigkeit, mit Dampf oder mit elektrischer Energie erfolgen.
  • Zu diesem Trocknungsapparat 8 gehört ein System 19 für Abluft, zur Ableitung von verbrauchter Trocknungsluft, bestehend aus einer Abluftleitung 20, einer Drosselklappe 21 und einem Abluftventilator 22.
  • Das Abluftsystem 19 ist über die Leitung 20 und das Zuluftsystem 13 ist über die Leitung 14 an den Dampferzeuger 50 angebunden. Auf diese Weise kann ein Kreislauf zum Aufbau eines Verfahrens und zur Behandlung eines Trockengutes mit einer Atmosphäre aus Luft und Dampf ausgebildet werden. In diesem Kreislauf ist eine Verbesserung des Stoffaustausches bei der Behandlung eines Trockengutes und bei der Trocknung von Wäsche gegeben. Das Verfahren und der für dieses Verfahren typische Stoffaustausch werden im Folgenden beschrieben:
    Für die Durchführung dieses Verfahrens kann ein druckloser Dampferzeuger 51 mit einem Wasserfließbett, das als eine Wirbelschicht 52 bezeichnet wird, vorgesehen. Diese Wirbelschicht befindet sich über einem Kondensat 53 und ist eine Mischung aus dem Kondensat 53 und dem Dampf-Luftgemisch, welches über eine Leitung 54 durch das Kondensat geleitet wird. Eine derartige Erzeugung von Dampf kann auch in einem Wäscher, in welchem eine Luft mit Kondensat gewaschen wird, durchgeführt werden.
  • Der drucklose Dampferzeuger 51 ist also teilweise mit Kondensat 53 gefüllt. Dieses Kondensat 53 wird zur Speicherung von Wärme genutzt und kann bei einer Durchleitung von Abluft über die Leitung 54 in einer Wirbelschicht 52 fluidisiert werden. Im verlaufe des Trenn- und Trocknungsverfahren wird zunächst die gesättigte Abluft über das Zuluftsystem 13 in den mit dem Trockengut 7a beladenen Trocknungsapparat 8 geführt. Durch einen beginnenden Stoffaustausch mit dem Dampf entstehen eine Kondensation und eine Befeuchtung des Trockengutes 7a. Hierdurch wird die Temperatur des Trockengutes erhöht. Die verbrauchte Luft wird über die Abluftleitung 20 zurückgeleitet, nach dem Wirkprinzip des Dampferzeugers regeneriert und mit Dampf als Wärmeträger beladen.
  • Ab einer bestimmten Temperatur im Trockengut 7a kann die Zuluft über den Wärmetauscher 17 indirekt erwärmt werden. Dadurch entsteht der Stoffaustausch von dem feuchten Trockengut 7a mit der Trocknungsluft. Dieser Stoffaustausch verläuft proportional zu dem Partialdruck der Feuchtigkeit und führt zu einer Feuchtigkeitsaufnahme der Luft. Dieser Druck wird für Wasser bei 20°C mit 2700 Pa und bei 90°C mit 74 000 Pa angegeben. Bei 90°C wird der Partialdruck um einen Faktor 27,4 (74000/2700) erhöht. Die Luft, die mit Feuchtigkeit angereichert ist, wird über die Leitung 20 und 54 zu einem Stoffaustausch mit dem Kondensat zurückgeführt. Hierbei wird Kondensationswärme frei und das Kondensat 53 proportional der gespeicherten Wärme erwärmt. Durch diese Betriebsweise wird die zur Trocknung über den Wärmetauscher 17 eingebrachte Wärme in dem Dampferzeuger 51 zurückgewonnen und auf einem höheren Temperaturniveau in dem Kondensat 53 gespeichert.
  • Für eine Wärmenutzung sind zur Wärmeauskopplung 3 Möglichkeiten aufgezeigt. Diese umfassen, eine Entnahme 55 von Kondensat 53, eine Entnahme 56 über indirekte Kühlflächen 57 aus der Wirbelschicht 52 und eine Entnahme 58 von dampfhaltiger Atmosphäre als gesättigtes Dampf-Luftgemisch.
  • Damit sind Möglichkeiten aufgezeigt, um eine Nutzwärme aus dem Trenn- und Trocknungsverfahren abzuleiten. Mit einer Aufgabe 59 von Wärme und Energieträger können Dampf, Kondensat und Luft in den Gaskreislauf zugeführt und als Volumenausgleich ergänzt werden.
  • Vorteilhaft kann über die Entnahme 56 ein flüssiger Wärmeträger wie warmes Wasser entnommen werden, welches in ein Heizsystem zu Heizzwecken eingespeist werden kann.
  • Der Wärmeträger kann gemäß der Nutzung in den Grenzen 30°C/45°C und höher oder nach einer Heizungsnorm bei 50°C und mehr auf eine gewünschte Temperatur erwärmt werden.
  • Die Kühlung des Trockengutes, mit einer Resttrocknung durch kalte Luft, kann mit einer Ableitung der Luft über den Weg 42, 8, 20, 22 und 60 bei Bedarf erfolgen. Für eine mögliche Reinigung des Dampf-Luftgemisches in der Leitung 20 kann eine Wäsche mit Kondensat in Form von waschbaren Geweben oder Gewebematten, auch Lochblechen, eingerichtet werden.
    Beispiel – Wäschetrockner: Luft 10 000 m3/h/Verdampfung 200 kg/h
    Abluft ca. 11 000 kg/h bei 95°C;
    Spez. Feuchteaufnahme 200 000/11 000 18,1 g-H2O pro kg-Luft;
    Wärmeverlust (nur der Luftanteil) 260 kW
    Wärmeverlust total + Feuerungsverlust (15%) 465 kW
  • Mit dem Einbau eines Dampferzeuger 50 nach Anspruch 7, zur Rückgewinnung der Wärme:
    Wärmeeinsparung/Wärmerückgewinn 465 kW
    Heizöl-äquivalent: (eingespart) 43,13 Liter Öl/h
    Einsparung pro Stunde (65 EUR/100 Liter) 28,03 EUR/Stunde
    Bei 4 000 h pro Jahr 112 000 EUR/Jahr
  • Durch die Steigerung des Stoffaustausches in der Trenn- und Trocknungseinrichtung ist es möglich, die Funktion einer Wärmepumpe zur Einsparung von Energie einzurichten, indem die Zu- und Abluft über einen Dampferzeuger 50 geführt werden.
  • Hierdurch ist ein Gaskreislauf, 14, 8, 20, 50 ausgebildet und die Trenn- und Trocknungseinrichtung 8 als Arbeits-Produktionsmaschine ist mit dem Dampferzeuger 50 als Subsystem verbunden. In dieser Verbindung arbeiten beide als Wärmepumpe zusammen. In dieser Wärmepumpe kann zugeführte Energie als Wärme von dem Dampf-Luftgemisch aufgenommen werden und an das Kondensat 53 des Dampferzeugers 51 abgegeben und in dem Kondensat 53 gespeichert werden. Ab einer bestimmten Temperatur in dem Kondensat 53 ist diese Wärme zur Auskopplung verfügbar.
  • Für diesen guten Stoffaustausch mit einem Dampf-Luftgemisch sind verschiedene vorteilhafte Produktanwendungen möglich. Dies betrifft die Wäschetrocknung und die Reinigung von Geschirr bei höheren Temperaturen; Eine Aufheizung der Flusen, einer Shredderfraktion, mit der Rückgewinnung der Wärme für Heizzwecke; Die Aufheizung und Trocknung von Naturprodukten wie Gras und Ölsaaten oder eine Entwesung von Weizen in feuchter Atmosphäre bei 60°C. Die Wärmepumpen-Einrichtung kann also für eine thermische Behandlung bei feuchten und bei trockenen Trockengütern betrieben werden.
    Beispiel: Flusenveredelung
    Vorwärmung im Agglomerator mit Dampf-Luftgemisch
    Kühlung mit Wasser zur Dampferzeugung 80 Liter pro Stunde
    Temperatur im Dampferzeuger 65°C
    Heizwärme/Wasser 40°C bis 55°C
    Einsparung/Wärmeerzeugung ca. 50 kW
    Betriebsstunden pro Jahr 8 000 h
    Einsparung pro Jahr (65 EUR/100 Liter-Öl) 24 000 EUR
  • Vorteile:
  • Durch den Betrieb eines Gaskreislaufes über dem Agglomerator für die Flusen sind die Emissionen vermieden und ein Brandschutz ist in dem Dampf-Luftgemisch gegeben.
  • Zur Beschreibung von 3:
  • In 3 ist eine Wärmepumpe 61 dargestellt, in welcher trockene und feuchte Güter 62 behandelt werden können bei einer Nutzung der Abwärme. Diese Wärmepumpe 61 ist aus mehreren Komponenten aufgebaut, mit einer Einrichtung 63 für die Behandlung der feuchten und trockenen Gütern 62, einem Dampferzeuger 64 für eine Dampfzufuhr und die Erzeugung von Dampf, mit einem Ventilator 65, der auch zum Betrieb des Dampferzeugers 64 benötigt wird, mit einer Wärmeeinspeisung in Form eines Wärmeaustauschers 66 und verbindenden Rohrleitungen 67 und 68. Diese Verbindungsleitungen 67 und 68 sind bei dem Aufbau der Wärmepumpe an die bestehende Einrichtung 63 die Verbindung mit und Teil von einem Zuluftsystem 69 und einem Abluftsystem 70 für den Aufbau der Wärmepumpe 61.
  • Damit sind die vorstehend beschriebenen Komponenten in einen Gaskreislauf und zur Ausbildung der Wärmepumpe 61 eingebunden.
  • Durch den Kreislauf 63, 70, 64, 65, 69 ist über die Einrichtung 63 und den Dampferzeuger 64 ein Gaskreislauf aufgebaut.
  • Die Erzeugung von Dampf in dem Dampferzeuger ist wärmetechnisch auf einer Kondensatvorlage 71 begründet. Das Dampf-Luftgemisch wird über eine Verteilleitung 72 mit Austrittsöffnungen 60 in die Kondensatvorlage 71 eingeleitet für die Ausbildung eines Wasserfliesbettes, das als eine Wirbelschicht 73 um und oberhalb der Verteilleitung 72 ausgebildet ist. Für den Betrieb des Dampferzeugers 64 wird auch ein Ventilator zur Ausbildung der Wirbelschicht 73 benötigt. Dieser Ventilator 65, der auch ein Teil des Dampferzeugers 64 sein kann, kann für den Aufbau des Gaskreislaufs der Wärmepumpe mit benutzt werden.
  • Ab dem Betrieb des Ventilators 65 wird in der Wirbelschicht 73 ein Dampf-Luftgemisch aus dem Dampf des Kondensates und der Atmosphäre in dem Gaskreiskauf gebildet. Bei einer Zuleitung diese Dampf-Luftgemisch über den Weg 65, 69, 63 auf das Gut 62 ist eine Erwärmung des Gutes 62 möglich durch eine Kondensation von Dampf an der kälteren Oberfläche des Gutes 62. Erfindungsgemäß wird das Gut 62 erwärmt. Durch die höheren Temperaturen sind die Bedingungen für einen besseren Stoffaustausch und die physikalischen Grundlagen des Wärmepumpenbetriebs erfüllt. Hierzu werden in der Literatur für ein H2O-Dampf-Luftgemsich folgende physikalischen Daten angegeben:
    Temperatur 90°C
    Dampfdruck 71 490 Pa gegenüber von 3000 Pa bei 42°C
    Enthalpie 4100 kJ/kg Luft.
  • Das Dampf-Luftgemisch als Kreislauf Gas und als Wärmeträger der Wärmepumpe hat mit 4100 kJ eine Wärmestromdichte, die einer Temperatur der trockenen Luft von ca. 4000°C entspricht. Hierdurch sind bei der Kondensation ein hoher Wärmestrom und eine rasche Erwärmung des Gutes 62 möglich. Bei der höheren Temperatur von 90°C ist ein um den Faktor 23 (71490/3000) höherer Partialdruck vorhanden, um eine Verdampfung von Feuchte an dem Gut 62 zu intensivieren.
  • Im weiteren Betrieb kann über den Wärmetauscher 66 Wärme zugeführt werden. Dadurch entsteht im Gaskreislauf ein überhitztes Dampf-Luftgemisch. Durch eine Zuleitung von überhitztem Dampf ist eine Verdampfung der Feuchte an dem Gut 62 in Verbindung mit einer Zunahme von Dampf in dem Gaskreislauf gegeben.
  • Durch die Weiterleitung des Dampfes in dem Abluftsystem 70 ist eine Wärmeabgabe aus dem Gaskreislauf durch kondensierenden Dampf an das Kondensat 71 in der Wirbelschicht 73 vorgesehen. Diese Kondensation des Dampfes in der Wirbelschicht hat den Vorteil, dass die sich ergebende Volumenvergrößerung bei der Verdampfung in der Wechselwirkung mit der Kondensation im Dampferzeuger 64 durch eine Verkleinerung von gasförmigen Volumen ausgeglichen wird, da für die Speicherung der Wärme kein zusätzliches Raumvolumen in dem Kondensat und in dem Gaskreislauf beansprucht wird. Die Wärme ist dann bei höherer Temperatur in dem Kondensat gespeichert. Damit ist mit der Wärmepumpenfunktion auch eine Funktion zur Wärmespeicherung in dem Kondensat 71 verbunden. Durch diese Wärmespeicherung wird eine Wärmeabnahme unabhängig vom Betrieb der Pumpe ermöglicht; unabhängig bedeutet, dass Wärme auch zur kurzzeitigen Abdeckung von Bedarfsspitzen und intermittierend ausgekoppelt werden kann. Dabei wird die Wärmepumpe 61 nach 3 drucklos bei Atmosphärendruck betrieben. Vorteilhaft kann die Abwärme auch im Stillstand der Pumpe in einem Kondensat mit höherer Temperatur abgeleitet und genutzt werden. Dieser Vorteil ist bei herkömmlichen Wärmpumpen nicht möglich, da das Kondensat auf der kalten Seite des Kreislaufes ist und im Stillstand auf der Entnahmeseite der Druck und die Temperatur der Kreislauffüllung zusammenbrechen.
  • Über eine Öffnung mit einer Rohrleitung 78 zur Atmosphäre können konstante Drücke in dem Gaskreislauf gehalten werden.
  • Bei der Speicherung der Wärme erwärmt das Kondensat bei nahezu gleichem Volumen und es ist die Möglichkeit der Entnahme und Auskopplung von Wärme aus dem Dampferzeuger auf einer höheren Temperatur für eine anderweitige Verwendung gegeben.
  • Mit einem Richtungspfeil 79 nach beiden Richtungen im Gaskreislauf wird auf die Flexibilität bei der Einbringung des Wärmebedarfes hingewiesen. Die Wärme kann über den Wärmeaustauscher 66 zugeführt werden. Diese Wärmezufuhr kann von beliebiger Stelle in dem Kreislauf erfolgen, um dann diese Wärme in dem Kondensat des Dampferzeugers auf höheren Temperaturen gespeichert zu bekommen. Das gilt auch für die Aufnahme und Speicherung eines vorübergehenden Wärmeeintrages.
  • Eine Nutzung von Abwärme in der Wärmepumpe 61 ist dadurch gegeben, dass die Wärme in dem Abluftsystem 70 in dem Kondensat 71 gespeichert wird. Aus dem Kondensat 71 kann die Wärme als erwärmte Flüssigkeit und als Dampf-Luftgemisch abgeleitet werden. Dabei ist mit der Speicherung der Wärme eine Umwandlung und anderweitige Nutzung möglich. Nach dem vorstehenden Beispiel kann eine fast trockene Abluft von 100°C mit einem Wärmeinhalt von 159 kJ/kg Luft in eine höherwertige Wärme mit einem Wärmeinhalt von 2460 kJ/kg Luft umgewandelt werden. Eine derartige Luft hat dann zwar eine Temperatur von 85°C, aber ihr Wärmeinhalt entspricht einer theoretischen Heißluft von 2450°C. Dabei erfolgt die Wärmeumwandlung durch eine Erhöhung der Dampfanteile zunächst bei der Verdampfung von Feuchte von dem Gut 62 und dann durch die Speicherung und Sättigung des Dampf-Luftgemisches in der Wirbelschicht 73 des Dampferzeugers 64. Insgesamt verläuft diese Wärmeumwandlung bei der Anwendung auf feuchte Wäsche mit einer Einsparung von 325 kWh thermisch bei einem Energiebedarf von 5 kWh el, also einer Leistungszahl von (325/5) 65. Bei dieser Umwandlung der Wärme ist es dann unerheblich, ob die Wärme in dem Dampferzeuger über eine, auch, elektrische Beheizung der Wirbelschicht 73 oder im Zuluftsystem 69 oder in der Einrichtung 63 zugeführt wird. Über einen Wärmetauscher 95 kann Wärme zugeführt und abgeführt werden.
  • Ein Wärmestrom durch die Wärmepumpe 61 kann durch die Wärmegrößen 74, 75 und 76 dargestellt werden. Mit dem Wärmeeintrag 74 wird ein überhitztes Dampf-Luftgemisch, welches über den Taupunkt erwärmt wird, erzeugt. Das führt zur Verdampfung von Feuchte von dem Gut 62 und bei einer Zunahme von Dampf in dem Gaskreislauf fließt die Wärme als Wärmestrom 75, gefördert durch den Ventilator 65 in den Dampferzeuger 64 unter einer Wärmeabgabe aus dem Gaskreislauf an des Kondensat in der Wirbelschicht 73 in der Größe des Wärmestromes 76. Aus dem Kondensat kann die Nutzwärme als beliebiger Wärmestrom in Abstimmung mit der gespeicherten Wärmeenergie abgeführt und ausgekoppelt werden.
  • Gegenüber dem Betrieb der Einrichtung 63 ohne Wärmpumpe 61 ist ein reduzierter Wärmebedarf gegeben. Diese Einsparung ist mit einer Vergrößerung 77 der Wärmegröße 74 angegeben. Damit ist durch die Intensivierung des Stoffaustausches an dem Trockengut 62 und durch einen Wärmepumpenbetrieb eine zusätzliche Einsparung an Heizwärme von 50% möglich. Diese Einsparung von 50% bedeutet, dass eine Einrichtung 63 im herkömmlichen Betrieb ohne Wärmepumpe einen Mehrverbrauch von 100% aufweist.
  • In der Anwendungstechnik ist diese Wärmepumpe zur Anwendung für Haushaltsgüter in den Trocknungsstufen für Wäsche und bei Geschirr geeignet. Von dort kann die Wärme nach der Umwandlung einer Waschstufe zugeführt werden.
  • Das gesättigte Dampf-Luftgemisch mit dem hohen Wärmeinhalt bis 4000 kJ pro kg Luft eignet sich besonders für die Behandlung und das Garen von Speisen, beim Blanchieren von Gemüse und in einem Dampfgarer auch für Fleisch.
  • Ein aktueller Einsatz der Wärmepumpe ergibt sich aus einer Anforderung bei einem Recycling der Shredderfeinfraktion und der Bearbeitung von Flusen als Recyclinggut. Beispielhaft für eine Wärmeumwandlung werden zunächst kalte Flusen in einem Agglomerator hier 63, mechanisch erwärmt und unter Bildung von Wasserdampf durch Eindüsen von Wasser gekühlt. Aus der Wärmepumpe kann eine Nutzwärme an einen Heizwasserkreislauf abgeleitet werden.
  • Die Grundlage für die Wärmespeicherung und für die Umwandlung ist der gute Stoffaustausch in Wirbelschichten, dass ein Dampf-Luftgemisch von dem Dampferzeuger mit der Temperatur der Wirbelschicht 73, also gesättigt, in den Wärmeaustauscher 66 gelangt.
  • Der Dampferzeuger bildet somit eine Grundlage und den Ausgangspunkt zur Darstellung des Wärmepumpen-Gaskreislaufes. Dieser Wärmepumpen Kreislauf wird gemäß der Darstellung in 4 beschrieben.
  • Zur Beschreibung von 4:
  • Mit der Darstellung in 4 ist ein Wärmepumpenprozess in einem Ausschnitt 80 eines i,x-Diagramm für ein feuchtes Gas dargestellt. Auf einer Waagrechten 93 durch den Nullpunkt 94 ist der Wasseranteil der Luft als Feuchte in kg-Wasser pro kg-Luft angegeben. Auf einer Senkrechten 92 sind die Angaben für die Temperaturen und für den Wärmeinhalt in kJ pro kg-Luft. Der Prozess wird auf der Grundlage eines i,x-Diagramm nach MOLLIER für feuchte Luft beschrieben. Dieser Wärmepumpenprozess verläuft entlang einem Dreieck, welches auf einem Punkt A steht und durch eine Senkrechte 82 durch den Punkt A und die Linien 86 und 81 gebildet wird. Dieses Dreieck ist weiter durch Betriebspunkte des Wärmepumpenprozess mit den Punkten A, B, C, D, A1 definiert. Die Form des Dreieckes A, B, D, A ergibt sich daraus, dass der Prozess bei konstantem Gesamtdruck mit wechselnden Dampfgehalten in einem Dampf-Luftgemisch abläuft und dass weiter durch die Wärmezufuhr bei einem konstanten Feuchtegehalt ein Anstieg des Wärmeinhaltes des Dampf-Luftgemisches entlang der Linie A-B gegeben ist. Wobei der Abstand A-B auf der Linie 82 proportional zu der zugeführten Wärme ist.
  • Der Prozess basiert auf einem Punkt A als Ausgangspunkt, gelegen auf der Sättigungslinie 81 eines Dampf-Luftgemischs, aus welchem bei weiterer Abkühlung eine Kondensatbildung entsteht. Entsprechend dieser Definition liegt der Punkt A auf einer Linie 83 für konstante Temperatur sowie auf einer Senkrechten durch A für eine konstante dampfförmige Feuchte mit der Definition in kg-H2O/kg-Luft. Im Ausgangspunkt A schneiden sich zunächst also 3 Linien, die Linie 81 für den Taupunkt, die Linie 82 für einen konstanten Dampfanteil im Dampf-Luftgemisch und die Linie 83 für konstante Temperatur. Eine Linie 91 für einen 4. Wert, nämlich die Gerade für konstanten Wärmeinhalt der Luft, wird unten beschrieben.
  • Sofern dieses Mollier Diagramm für feuchte Luft oder für ein feuchtes Gas nicht verfügbar ist, dann kann nach DALTON der Dampfanteil m(d) pro Kubikmeter nach der Gasgleichung m(d) × R × T = p(d) × V; mit p(d) als dem Partialdruck und Sättigungsdruck des Kondensates gemäß den Gesetzen von DALTON ermittelt werden. Der Partialdruck des Gases p(g) ergibt sich aus der Differenz zum Gesamtdruck P, also p(g) = P – p(d); mit P als dem Gesamtdruck im System am Austritt der Wirbelschicht 73. Schließlich errechnet sich der gasförmige Anteil pro Kubikmeter nach der Gasgleichung für gasförmige Anteile: m(g) × R × T = p(g) × V; Nach diesem Berechnungsverfahren kann der Ausgangspunkt A für jede beliebige Mischung ausgehend von dem Partialdruck des Dampfes p(d) der Flüssigkeit mit den Gleichungen nach DALTON und den Stoffwerten der Komponenten, T für die Temperatur und R für die Gaskonstante, ermittelt werden, wobei der Dampfanteil als m(d)/m(g) also in kg pro kg-Gas oder kg-Luft berechnet wird. Diese Berechnung ist gültig, weil in der Wirbelschicht des Dampferzeugers der Zustand eines Gasgemisches als Folge des guten Stoffaustauschs bei Sättigung definiert werden kann. Soweit zur Definition des Punkt A. Dieser Punkt A liegt über einer gedachten Linie 85 einer Jahresdurchschnittstemperatur z.B. 13°C.
  • Bei einer Wärmezufuhr z.B. über den Wärmeaustauscher 66, 17 wird das Dampf-Luftgemisch entlang der Linie 82 auf eine Temperatur in dem Punkt B überhitzt. Durch den Punkt B verläuft eine Temperaturlinie 84 für die Heißlufttemperatur und eine Linie 86 mit konstantem Wärmeinhalt, der Enthalpie i, des Dampf-Luftgemisches, definiert als Wärmeeinheit pro kg trockene Luft, von früher bekannt als kcal/kg-Luft oder kJ/kg-Luft.
  • Diese Linien mit konstantem Wärmeinhalt sind in einem Mollier Diagramm als parallele Geraden abgebildet; wobei der Wärmeinhalt auf die Bezugsgröße Null bei 0°C und trockener Luft bezogen ist. Die Wärmeaufnahme und der Wärmeinhalt von Luft errechnet sich demnach wie folgt: Wärmeinhalt i = 1 × cp × t (für Luft) + x (r + cp × t) (für Wasserdampf); mit den Stoffwerten t für die Temperatur, cp für die spez. Wärmen und r für die Verdampfungswärme des Dampfanteiles x, der pro kg trockener Luft als Dampf enthalten ist.
  • Die beschriebene theoretische Heißlufttemperatur ergibt sich in dem Schnittpunkt der Linie 86 mit der Senkrechten 92 durch den Null-Punkt 94. Diese Temperatur der Heißluft erhält man rechnerisch, wenn in vorstehender Gleichung der Wert für x als Null (x = 0;) gesetzt wird.
  • Auf dieser Linie 86 mit konstantem Wärmeinhalt liegen die Punkte C und D, durch welche die Anreicherung an Dampf in dem Kreislaufgas beschrieben ist. Durch eine Wasserverdampfung von den Gütern 62, 7a und eine Erhöhung des Dampfanteiles wird eine Ablufttemperatur z.B. bei 100°C im Punkt C erreicht. Die weitere Sättigung der Luft im Punkt D erfolgt durch eine Ausdampfung von Kondensat 71, 53 beim Eintritt des Kreislaufgases in der Wirbelschicht 73, 52. Der Wärmepumpenprozess schließt sich im weiteren Verlauf durch den Wärme- und Stoffaustausch innerhalb der Höhe der Wirbelschicht 73, 52 entlang der Sättigungslinie 81 in einem Endzustand, beschrieben durch den Endpunkt A1.
  • Entlang des Weges B, C, D, A1 ist das überhitzte Dampf-Luftgemisch gesättigt worden und durch eine Anwärmung des Kondensates von A nach A1 wurde die überschüssige Wärme im Kondensat gespeichert. Durch den Eckpunkt des Dreieckes in A verläuft auch eine Linie 91 mit konstantem Wärmeinhalt der Luft, die bei einer Temperatur von 90°C einen Enthalpiewert von 4100 kJ/kg-Luft und eine theoretische Heißluft von ca. 4000°C aufweist. Bei einer Frischluft von 13°C oder einem Kondensationstrockner mit 13°C ist der vergleichbare Enthalpiewert 37 kJ/kg-Luft mit einer theoretischen Heißluft von 37°C.
  • Der Vorteil der Wärmepumpe 50, 61, 80 wird also dadurch erreicht, dass die Verdampfungsleistung, welche in der Einrichtung an feuchten Gütern bei erhöhten Temperaturen gegeben ist, durch eine weitere Verdampfung C-D zur Sättigung des Dampf-Luftgemisches in der Wirbelschicht 52, 73 des Dampferzeugers ergänzt und gefördert wird.
  • Im Gegensatz zu einem Kondensationstrockner, bei welchem die Abluft von dem Punkt C zunächst auf den Taupunkt ohne Dampfaufnahme indirekt gekühlt wird und anschleißend die Kondensationswärme abgeleitet und die Trocknerleistung beeinträchtigt wird, hat der Wärmepumpenprozess den Vorteil, dass zum Zweck des Wärmerückgewinns das mit Dampf angereicherte Dampf-Luftgemisch durch die gute Verdampfungsleistung in der Kondensat-Wirbelschicht, ohne einen Bedarf an Austauschflächen, gesättigt wird und eine Wärmeumwandlung durch eine Kondensaterwärmung auf hohem Temperaturniveau möglich ist.
  • Sofern dem Gaskreislauf keine Wärme entnommen wird, dann beginnt ein neuer Kreislauf über die Punkte A1, B1, C1, D1 und A1''. Falls gerade die zugeführte Wärme abgeleitet wird dann beginnt der Prozess erneut im Punkt A und ist stationär. Sofern Wärme ausgekoppelt wird dann geht ein neuer Ausgangspunkt auf den Wert A2 bei einer tieferen Temperatur zurück.
  • Bezogen auf die Darstellung in 3 entspricht die Strecke A-B auf der Linie 82 der Wärmezufuhr in dem Zuluftsystem 69, 13, die Strecke B-C auf der Linie 86 der Feuchteaufnahme durch eine Verdampfung in der Einrichtung 63 und 8. Die Strecken CD auf der Linie 86 sowie D-A auf der Sättigungslinie 81 beschreiben die Verdampfung und den Stoffaustausch in dem Dampferzeuger 64 und 51, jeweils bezogen auf 1 kg trockene Luft. Die 80 des Wärmepumpenprozess in einem Mollier Diagramm in Form des Dreieckes A, B, D, A entsteht dadurch, dass das Dampfluftgemisch in dem Wärmeaustauscher 66, 17 oder in einer weiteren Wärmequelle überhitzt wird. Sofern in dem Gaskreislauf keine Überhitzung stattfindet, dann ist die Strecke A-B = 0; und der Zustand des Dampf-Luftgemisches wird durch Veränderungen auf der Sättigungslinie 81 definiert.
  • Fall A, eine Beheizung der Wirbelschicht durch einen Energieträger. In diesem Betriebszustand kann der Dampferzeuger über indirekte Heizflächen oder durch dampfförmige und flüssige Wärmeträger beheizt werden. Durch den höheren Dampfanteil im Gaskreislauf 64, 69, 63, 70, 64 und 51, 13, 16, 8, 19 können einzelne Komponenten durch Kondensation erwärmt werden und das zurückgeführte Dampf-Luftgemisch kommt zu einem Ausgleich im Punkt A oder in A1, durch eine Speicherung von überschüssiger Wärme.
  • Fall B, mit einer Wärmeentnahme ohne eine Beheizung. Nach einer Beschickung der Einrichtung 63, 8 mit kalten Gütern 62, 7a kann eine gespeicherte Wärme zum Aufbau einer dampfhaltigen Atmosphäre 24 um das Trockengut 62, 7a über den Gaskreislauf zugeführt werden. Durch den Stoffaustausch und Kondensation an kalten Oberflächen entsteht eine Unterschreitung der Taupunkttemperatur auf der Linie 83. Beim Wiedereintritt des Kreislaufgases in den Dampferzeuger 64 ergibt sich ein neuer Ausgangspunkt A2 auf der Sättigungslinie 81 links von A.
  • Der Wärmepumpenprozess mit der Speicherung von Wärme ist also durch ein stehendes Dreieck im Punkt A und den 3 Linien A-B, B-D und D-A beschrieben. In 4 ist ein weiteres Vieleck in Form eines Trapezes mit den Eckpunkten E, B, C, F und E dargestellt. Dieses Trapez ist auf der Temperaturlinie 85 mit dem Eckpunkt E im Schnittpunkt mit der Kondensationslinie 89, die eine Fortführung der Linie 81 ist und ein Teilstück von 81 links von A darstellt. Das Trapez wird ergänzt durch die Linie 86 und eine Senkrechte durch C, parallel zur Linie 82, mit dem Eckpunkt F auf der Kondensationslinie 89. Durch dieses Trapez kann der Gaskreislauf eines Kondensationswäschetrockners abgebildet werden. Der Betrieb dieses Trockners mit Kondensation unterscheidet sich dadurch, dass nach der Verdampfung und Dampfaufnahme entlang der Linie B-C das Kreislaufgas entlang der Senkrechten 90 bei konstantem Dampfgehalt bis auf die Kondensationslinie 89 abgekühlt wird und der Wärmeinhalt des Kreislaufgases abgeführt wird. Bei einer weiteren Wärmeableitung entlang der Kondensationslinie 89 von F nach E wird auch der Anteil an Verdampfungswärme abgeleitet.
  • Die Darstellungen in dem i,x-Diagramm 80 zeigen auf, dass bei dem Kondensationstrockner die Wärme aus dem Kreislaufgas ab Punkt C auf der Linie 88 indirekt abgeführt wird und die Kondensationswärme entlang der Linie 90, 89 durch einen Kälteträger abgeleitet wird und dass senkrechte Linien indirekte Kühlung bzw. indirekte Erwärmung anzeigen. Eine indirekte Kühlung entlang einer Senkrechten 90 bedeutet, dass die Wärme aus dem Verfahren abgeführt und nicht genutzt wird. Diese indirekte Kühlung in einem trapezförmigen Gaskreislauf bedeutet, dass nur gekühltes Kondensat in dem Gaskreislauf angereichert wird.
  • In dem Wärmepumpenprozess wird unter Ausbildung des Dreieckes, die Wärme durch eine Verdampfung und Anreicherung von Dampf in dem Kreislaufgas entlang des Weges C-D zurück gewonnen und in dem Kondensat im Punkt A1 gespeichert. Diese direkte Kühlung durch Verdampfung in einem dreieckigen Gaskreislauf bedeutet, dass in dem Kreislauf das Kondensat erwärmt und Wärme und Kondensat angereichert werden. Mit der Darstellung 80 des Wärmepumpenprozess ist ein Kreisprozess möglich, nach welchem das Dreieck durch die Sättigung des Kreislaufgases entlang der Strecke C-D bei konstantem Wärmeinhalt der Linie 86 ausgebildet ist. Dabei verläuft der Kreisprozess auf der Sättigungslinie und der Sättigungszustand wird durch einen Rückgewinn von Wärme und nicht durch eine Kühlung sichergestellt. Durch diese Ausbildung des Dreieckes ist es möglich, dass das Zuluftsystem mit einer Dampf führenden Rohrleitung ausgebildet ist und dass der Dampf als Wärmeträger eingesetzt wird, um eine Trocknung vorteilhaft nach den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 55 zu betreiben.
  • Weiter ist aus der Darstellung in 4 der Wärmebedarf im Gaskreislauf bezogen auf 1 kg trockene Luft ersichtlich und ablesbar. Die Einsparung an CO2 bezogen auf 1 kg Luft kann aus dem Wärmebedar abgeleitet werden.
  • Für den Wärmepumpenprozess ergibt sich ein spezifischer Wärmebedarf entsprechend dem Unterschied der Enthalpie der Linie 86 im Punkt B mit dem Wärmeinhalt der Linie 91 der Luft im Ausgangspunkt A. Der Wärmebedarf ist proportional zur Strecke A-B.
  • Für den Kondensationstrockner ergibt sich ein Wärmebedarf entsprechend der Strecke E-B. Diese Wärme wird aus dem Gaskreislauf gemäß dem Trapez entlang der Wege C-F und F-E abgeleitet.
  • Im Gaskreislauf der Wärmepumpe nach dem Dreieck A B C D A1 wird die zugeführte Wärme einer Speicherung in dem Punkt A1 zugeleitet. Es ist in dem Wärmepumpenbetrieb weiter eine Einsparung an Primärenergie entsprechend der Strecke E-A gegeben.
    • 1
    Waschtrommel
    2
    mechanische Trennstufe
    3
    thermische Trennstufe
    4
    Wäsche, gewaschen
    5
    Zentrifuge
    6
    Wäschekuchen
    7
    Wäsche, entwässert
    7a
    Trockengut
    8
    Trocknungsapparat
    9
    Auflager
    10
    Öffnung
    11
    Trommel
    12
    Wäsche, behandelt
    12a
    Trockengut
    13
    Zuluft, System für
    14
    Rohrleitung
    15
    Drosselklappe
    16
    Ventilator
    17
    Wärmeaustauscher
    18
    Stutzen
    19
    Abluft, System für
    20
    Rohrleitung
    21
    Drosselklappe
    22
    Abluftventilator
    23
    Druckmessung
    24
    Atmosphäre, dampfhaltig
    30
    Leitung, für Dampf
    31
    Reduzierstation
    32
    Leitung für Wasser
    33
    Leitung für Kondensat
    34
    Kondensatabscheider
    35
    Leitung für Dampf
    36
    Ventil
    37
    –
    39
    Leitung für Dampf
    40
    Ventil
    41
    Verbindung mit Öffnungen
    42
    Kalte Luft
    43
    Abwasser, Ableitung von
    44
    Wäsche, Ableitung von
    45
    verbrauchte Trocknungsluft, Ableitung von
    50
    Dampferzeuger
    51
    Dampferzeuger, drucklos
    52
    Wirbelschicht
    53
    Kondensat
    54
    Leitung für Abluft
    55
    Kondensat, Entnahme zur Wärmeauskopplung
    56
    Entnahme von Wärme indirekt
    57
    Kühlflächen
    58
    Dampf-Luftgemisch, Entnahme zur Wärmeauskopplung
    59
    Aufgabe, Aufgabe von
    60
    Austrittsöffnung
    61
    Wärmepumpe
    62
    Gut/Güter
    63
    Einrichtung für Güter
    64
    Dampferzeuger
    65
    Ventilator
    66
    Wärmeaustauscher
    67
    Rohrleitung
    68
    Rohrleitung
    69
    System für Zuluft
    70
    System für Abluft
    71
    Kondensatvorlage
    72
    Verteilleitung
    73
    Wirbelschicht
    74
    Wärmeeintrag
    75
    Wärmestrom
    76
    Wärmestrom
    77
    Vergrößerung des Wärmestromes
    78
    Rohrleitung
    79
    Richtungspfeil
    80
    i,x-Diagramm, Ausschnitt von
    81
    Sättigungslinie
    82
    Senkrechte Linie
    83
    Temperaturlinie
    84
    Temperaturlinie
    85
    Temperaturlinie
    86
    Linie für Wärme, Enthalpie
    87
    Senkrechte Linie
    88
    Temperaturlinie
    90
    Senkrechte Linie
    91
    Linie für Wärme, Enthalpie
    92
    Senkrechte im Nullpunkt
    93
    Waagrechte im Nullpunkt
    94
    Nullpunkt
    95
    Wärmetauscher

Claims (55)

  1. Verfahren zur Steigerung des Stoffaustausches in einem Trenn- und Trocknungsverfahren, in welchem ein Trockengut (7a/62) z.B. eine Wäsche (7) durch eine Verdampfung von anhaftender Feuchte insbesondere von Wasser behandelt wird und der Stoffaustausch bei der Verdampfung der Feuchte an eine erwärmte Luft als Wärmeträger erfolgt, bestehend aus einem Trocknungsapparat (8) als thermische Trennstufe (3) zur Aufnahme des Trockengutes (7/7a/62), einem System für Zuluft (13) zur Erzeugung der erwärmten Luft, einem System für Abluft (19) zur Ableitung der verdampften Feuchte, dadurch gekennzeichnet, dass eine dampfhaltige Atmosphäre (24) um das feuchte Trockengut (7/7a/62) aufgebaut wird, und dadurch das Trockengut (7/7a/62) durch einen Stoffaustausch mit dem Dampf durch Kondensation zunächst befeuchtet und erwärmt wird und danach die Trocknung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf in den Trocknungsapparat (8) zu Beginn des Trocknungsprozess eingeleitet wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trocknung des Trocknungsgutes die dampfhaltige Atmosphäre als Abluft abgeleitet und erwärmte Zuluft zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf in den Trocknungsapparat (8) im Verlaufe der Trocknung mehrfach eingeleitet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wäsche (7) durch die Dampfaufgabe über eine für die Hygienisierung erforderliche Temperatur erwärmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfaufgabe (41) in der mechanischen Entwässerung, z.B. einer Zentrifuge (5) erfolgt, die der thermischen Trennstufe (3) vorgeschaltet ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf als weiterer Wärmeträger über das System für Zuluft (14/13/15/16/17/18) zugeführt wird, ein druckloser Dampferzeuger (50/51/63) mit einer Kondensatvorlage (53/71) eingerichtet wird, die Abluft (19) in den Dampferzeuger geleitet wird, und die Zuluft (13) aus dem Dampferzeuger (51) entnommen wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (14/13) des Dampferzeugers (51) mit der thermischen Trennstufe (3) zu einem Kreislauf (51/14/13/8/19) für ein Dampf-Luftgemisch als Wärmeträger ausgebildet ist, diese Wärme von dem Dampferzeuger (51) auf das Trockengut (8) geleitet wird, das Trockengut (8) erwärmt und der Stoffaustausch verbessert wird, die Wärme aus der Trennstufe (3) in den Dampferzeuger (51) geleitet wird, in dem Kondensat (53) gespeichert wird und das Kondensat (53) erwärmt wird, und Wärme aus dem erwärmten Kondensat (53) als Nutzwärme (58/56/55) entnommen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlflächen (57) für die Entnahme der Wärme vorgesehen sind und die Wärme über die Kühlflächen (57) an einen Wärmeträger z.B. Wasser abgeleitet wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme direkt mit dem Kondensat (55) als Wärmeträger entnommen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme direkt mit dem Dampf (58) in einer Mischung mit Luft als Wärmeträger entnommen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen der Endfeuchte und zum Beenden eines Trocknungsvorgangs die mit erwärmter Luft beladene Atmosphäre (24) um die Wäsche (7) durch eine Umgebungsluft (42) ausgetauscht wird, die Wäsche durch eine Verdampfung von Restwasser und durch die Wärmeableitung an die Umgebungsluft gekühlt wird und die erwärmte und mit Dampf angereicherte Umgebungsluft abgeleitet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung von Falschlufteintritt im Verlaufe eines Trocknungsvorgangs der Druck (23) innerhalb des Trocknungsapparat (8) überwacht wird, der Volumenstrom der verbrauchten Abluft über den Druckwert auf einen Wert geregelt wird, so dass sich kein Druckgefälle zu dem Inneren des Trocknungsapparats aufbauen kann.
  14. Vorrichtung zur Rückgewinnung von in der Abluft enthaltenen Wärme, bestehend aus, einer Trenn- und Trocknungseinrichtung (3/8), einem dazugehörigen Zu- (13) und Abluftsystem (19), einer Zuführleitung (14/18) für Dampf und einem Dampferzeuger (51), wobei der Dampferzeuger (51) eine Kondensatvorlage (52/53) als Wärmespeicher aufweist, das Zu- (13) und Abluftsystem (19) mit der Trenn- und Trocknungseinrichtung (3/8) in einem Kreislauf (51/14/13/8/19) steht, die Dampfzufuhr von der Kondensatvorlage (52/53) aus erfolgt, der Kreislauf (51/14/13/8/19) im Betrieb mit einem Dampf-Luftgemisch gefüllt ist, die Abluft (19) im Stoffaustausch mit dem Kondensat (52/53) steht, eine Wärmeabgabe an das Kondensat (52/53) stattfindet und bei einer Erwärmung des Kondensates (52/53) eine Speicherung der Wärme gegeben ist.
  15. Vorrichtung zur Ausbildung einer Wärmepumpe zwischen der Trenn- und Trocknungseinrichtung (8) und dem Dampferzeuger (51), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Dampferzeuger (51) eine Wirbelschicht (52) aus Kondensat (53) und Luft vorgesehen ist, bei einer Befüllung der Trenn- und Trocknungseinrichtung (8) mit Trockengut (7a) Wärme aus dem Dampferzeuger (51) mit dem Dampf-Luftgemisch auf das Trockengut (7a) übertragen wird und nach der Erwärmung des Trockengutes (7a) die Wärme aus der Trenn- und Trocknungseinrichtung (8) mit dem Dampf-Luftgemisch auf das Kondensat (52/53) übertragen wird, diese Wärme in dem Kondensat (52/53) gespeichert wird und eine Auskopplung von überschüssiger Wärme (55/56/58) vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlflächen (57) in der Wirbelschicht (52) vorgesehen sind und die Kühlflächen (57) mit einer Flüssigkeit zur Wärmeauskopplung beaufschlagt sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplung von Wärme durch eine Entnahme des Kondensats (53) erfolgt.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskopplung von Wärme durch eine Entnahme des Dampf-Luftgemisch (58) erfolgt.
  19. Wärmepumpe zur Behandlung von trockenen und feuchten Gütern bei höheren Temperaturen und vorgesehen für eine Nutzung von Abwärme, bestehend aus, einer Einrichtung (8/63) zur Aufnahme trockener und feuchter Güter (7/7a/62) mit einem Zu- (13/69) und Abluftsystem (19/70) für eine Wärmebehandlung der Güter (7/7a/62), einem Ventilator (16/65) und einem Dampferzeuger (51/64) für eine Dampfzuleitung, die über das Zu- (13/69) und Abluftsystem (19/70) mit dem Ventilator (16/65) in einen Gaskreislauf (51/13/8/19 64/69/63/70) zur Ausbildung der Wärmepumpe (61) eingebunden sind, wobei in dem Dampferzeuger (51/64) eine Kondensatvorlage (53/71) als Wärmespeicher ausgebildet ist, der Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) im Betrieb mit einem Dampf-Luftgemisch gefüllt ist und in dem Dampferzeuger (51/64) eine Wirbelschicht (52/73) aus Kondensat (53/71) und Dampf-Luftgemisch ausgebildet ist und durch die Zuleitung des Dampfes an die Güter (7/7a/62) eine Erwärmung derselben durch Kondensation gegeben ist, und wobei bei einer Zuleitung von Wärme z.B. mit dem überhitzten Dampf-Luftgemisch eine Verdampfung der Feuchte und eine Zunahme an Dampf in dem Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) gegeben ist, und eine Wärmeabgabe aus dem Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) durch kondensierenden Dampf an das Kondensat (53/71) in der Wirbelschicht (52/73) vorgesehen ist, mit einer Speicherung von Wärme durch die Erwärmung des Kondensats (53/71) und mit der Möglichkeit zur Entnahme der Wärme.
  20. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwandlung von Wärme in der Wärmepumpe (61) vorgesehen ist.
  21. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mengenänderung der Befüllung und wechselnde Dampfanteile in dem Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) der Wärmepumpe vorgesehen sind.
  22. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwandlung einer Abluft aus der Einrichtung für Güter (8/63) von einem Ausgangszustand von 100°C und 20 g Feuchte pro kg Luft in ein Dampf-Luftgemisch bis 100°C in gesättigten Zustand vorgesehen ist.
  23. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung und eine Erhöhung des Wärmeinhaltes der Luft, ohne Wärmepumpe von 159 kJ pro kg bei 100°C auf 2460 kJ pro kg Luft bei 85°C, entsprechend einer theoretischen Heißluft von 2 450°C, vorgesehen sind.
  24. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umwandlung der Wärme eine theoretische Heißluft von 2450°C bei 85°C für die Behandlung der Güter mit dem Dampf-Luftgemisch verfügbar ist.
  25. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umwandlung der Wärme, durch eine Anreicherung der Dampfanteile in der Befüllung und durch den Stoffaustausch an den Gütern die Wärmepumpe bei einem Energiebedarf von 5 kWh für den Ventilator eine Einsparung von 325 kWh an Wärme ermöglicht, entsprechend einer Leistungszahl der Wärmepumpe von 65.
  26. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Dampf-Luftgemisch als Wärmeträger zur Aufheizung von Gütern (7/7a/62) vorgesehen ist.
  27. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überschuss an Wärme nach der Umwandlung für eine Auskoppelung vorgesehen ist.
  28. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat (71/53) für die Aufnahme von Wärme und für die Abgabe bei der Umwandlung vorgesehen ist.
  29. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung von Wärme unter atmosphärischen Bedingungen vorgesehen ist.
  30. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung von Wärme in einer dichten Wärmepumpe vorgesehen ist.
  31. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von Haushaltsgütern betrieben wird.
  32. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Trocknung von Wäsche oder von Geschirr betrieben wird.
  33. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von Lebensmitteln betrieben wird.
  34. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zum Garen von Gemüse, und Speisen mit tierischem Eiweiß z.B. von Fleisch betrieben wird.
  35. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe mit einer Einrichtung zur Behandlung von industriellen Gütern und Rohstoffen betrieben wird.
  36. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme mechanisch z.B. in einem Mischer oder Granulator zugeführt wird.
  37. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in der Einrichtung (63) durch eine chemische Reaktion in den Gütern zugeführt wird.
  38. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) durch eine Erwärmung des Dampf-Luftgemisches zugeführt wird.
  39. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme in dem Kondensat (53/71) der Wirbelschicht (52/73) zugeführt.
  40. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass Inhaltsstoffe aus trockenen und flüssigen Gütern (62) in dem Kondensat (53/71) gespeichert werden.
  41. Wärmepumpe zur Umwandlung von Wärme, bestehend aus, einer Einrichtung (8/63) zur Aufnahme trockener und feuchter Güter (7/7a/62) mit einem Zu- (13/69) und Abluftsystem (19/70) für eine Wärmebehandlung der Güter (7/7a/62), einem Ventilator (16/65) und einem Dampferzeuger (51/64), die über das Zu- (13/69) und Abluftsystem (19/70) mit dem Ventilator (16/65) in einen Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) zur Ausbildung der Wärmepumpe eingebunden sind, wobei in dem Dampferzeuger (51/64) eine Kondensatvorlage (71) als Wärmespeicher ausgebildet ist, der Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) im Betrieb mit einem Dampf-Luftgemisch gefüllt ist und in dem Dampferzeuger (51/64) eine Wirbelschicht (52/73) aus Kondensat (53/71) und Dampf-Luftgemisch ausgebildet ist.
  42. Wärmepumpe nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) nach folgenden Funktionen unterteilt ist, 1. die Zuleitung der Wärme erfolgt in einem Bereich zwischen Dampferzeuger (51/64) und der Einrichtung (8/63) mit den Gütern (7/7a/62), 2. die Ableitung der Wärme zur Einstellung/Änderung der Dampfanteile im Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) im Austausch des Dampf-Luftgemisches mit der Wirbelschicht erfolgt in einem Bereich zwischen der Einrichtung (8/63) mit den Gütern (7/7a/62) und dem Dampferzeuger (51/64) und 3. mit der Zuleitung der Wärme erfolgt deren Umwandlung in der Wirbelschicht (52/73) in ein Dampf-Luftgemisch mit höheren Dampfanteilen.
  43. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erhöhung des Dampfanteiles der Stoffaustausch an den Gütern (7/7a/62) gesteigert wird.
  44. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erhöhung des Dampfanteiles der Partialdruck der Feuchte an den Gütern (7/7a/62) von 2700 Pa bei Umgebungsluft auf 71 500 Pa bei 90°C gesteigert wird.
  45. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Erhöhung des Dampfanteiles die Eintrittstemperatur des Kreislaufgases zu einem Wärmetauscher (17/66) für die Erzeugung eines überhitzten Gases gesteigert wird.
  46. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Erhöhung des Dampfanteiles der Wärmbedart in einem Wärmeaustauscher (17/66) für die Erzeugung eines überhitzten Gases verringert wird.
  47. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärme als Dampf-Luftgemisch für die Einleitung in einen Finisher für Wäschestücke z.B. Hemden genutzt wird.
  48. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umwandlung der Wärme bei dem Herstellungsverfahren der Güter (7/7a/62) und bei der externen Nutzung der Abwärme die CO2 Belastung verringert wird.
  49. Wärmepumpe im Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) mit einem Dampf-Gasgemisch und ausgeführt als Prozess zur Behandlung von Gütern (7/7a/62), bestehend aus, einer beheizbaren Einrichtung (8/63) zur Behandlung von feuchten und trockenen Gütern (7/7a/62), einem Zu- (13/69) und Abluftsystem (19/70), einem Ventilator (16/65) für den Kreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) der Gase und einem Dampferzeuger (51/64) für den Aufbau einer Wirbelschicht (52/73) durch das Dampf-Gasgemisch in einer Kondensatfüllung (53/71), dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) als Dreieck (A/B/D) in einem Mollier Diagramm z.B. einem i,x-Diagramm für feuchte Luft abgebildet wird, das Dreieck (A/B/D) über einem Eckpunkt (A) auf der Sättigungslinie (81) des Mollier Diagramms (80) angeordnet ist, eine Linie des Dreieckes (A/B/D) als Senkrechte (82) zwischen dem Eckpunkt (A) und im Schnittpunkt (B) mit der Heißlufttemperatur (84) angeordnet ist, eine weitere Linie des Dreieckes (A/B/D), ausgehend vom Punkt (B) der Heißlufttemperatur (84), auf Linien mit konstantem Wärmeinhalt (86) des Diagramms angeordnet ist, eine Linie des Dreieckes (A/B/D) auf der Sättigungslinie (81) angeordnet ist und das Dreieck (A/B/D) durch einen weiteren Betriebspunkt (D) auf der Sättigungslinie (81) bestimmt ist, wobei die Wärmeleistung der Wärmepumpe proportional der zugeführten Wärme und proportional zu der Größe des Dreieckes (A/B/D) ist.
  50. Wärmepumpe nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Senkrechten (82) einen Enthalpieunterschied pro kg trockenen Kreislaufgas ausdrückt und die Zufuhr an Heizwärme aus dem Produkt des Enthalpieunterschied und dem Volumenstrom im Gaskreislauf (51/13/8/19, 64/69/63/70) erhältlich ist.
  51. Wärmepumpe nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Heißlufttemperatur der Wärmepumpe auf der Enthalpiegeraden (91) durch den unteren Endpunkt (A) und in einem Schnittpunkt mit einer Senkrechten (92) durch den Nullpunkt (94) gelegen ist.
  52. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 49 bis 51, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Länge der Linie (86) des Dreieckes (ABD) gegenüber dem Eckpunkt (A) eine Summe aus der Verdampfung von den behandelten Gütern (7/7a/62) und aus der Verdampfung bei dem Eintritt in den Dampferzeuger (51/64) dargestellt ist.
  53. Wärmepumpe nach einem der Anspruch 49 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte Wärme aus der Verschiebung des Eckpunktes (A) auf der Sättigungslinie (81) ersichtlich und proportional der Temperaturänderung im Eckpunkt (A) des Dreieckes (A/B/D) ist.
  54. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 49 bis 53, dadurch gekennzeichnet, dass die CO2 Minderung durch die Wärmepumpe proportional der Wärmeleistung der Wärmepumpe ist.
  55. Wärmepumpe nach einem der Ansprüche 49 bis 54, dadurch gekennzeichnet, dass sie für ein Verfahren oder eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 48 verwendet wird.
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