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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruch
1. Ein derartiges Verfahren für
die Behandlung von textilem Warengut während eines Trocknungsprozesses
ist aus
EP 0 679 754 B1 bekannt.
Wobei über
den Trocknungsprozess die Temperatur oder die Feuchtigkeit der Oberfläche des
textilen Warengutes berührungslos
gemessen und in Anhängigkeit
von dem Messwert der Luftstrom, die Lufttemperatur oder die Luftfeuchtigkeit
während
des Trocknungsverlaufes beeinflusst wird. Die mit dem Verfahren vorgestellte
Verfahrensführung
ist mit dem Nachteil verbunden, dass mit dem Luftstrom, sowie der
Lufttemperatur oder der Luftfeuchtigkeit nur Betriebsparameter durch
den Messwert verändert
werden, die einen Einfluß auf
die Verdampfungsleistung und die Wärmezufuhr haben. Die Temperaturen
an dem textilen Warengut, die nach einzelnen Trocknungsprogrammen
auf die Materialverträglichkeit
abzustimmen sind, werden bei diesem Verfahren über die Trocknungsdauer nicht
entsprechend dem Messwert auf einen Sollwert eingestellt.
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Bei
einem derartigen Trocknungsverfahren ist die Feuchte an der Oberfläche des
Trockengutes angelagert. Entsprechend ist in einem Trockner mit
einem taktweisen Verdampfen von Feuchte und Erwärmen des Trockengutes zu rechnen.
Einem derartigen Trocknungsverfahren liegt das Problem zugrunde,
dass mit der Zufuhr von einem heißen Gasstrom
- – nur ein
Teil der Wärme
für die
Verdampfung der Feuchte genutzt wird,
- – ein
Teil der Wärme
in der Aufheizung des Trockners verloren ist und
- – ein
großer
Anteil mit der Abluft ausgetragen wird.
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Diese
Nachteile werden gemäß der bekannten
Verfahrensführung
in den Trocknern dadurch verstärkt, dass
das Trockengut über
den verlauf der freien Verdampfung nicht oder unkontrolliert erwärmt wird,
die Verdampfung schleppend verläuft
und bei einer Überhitzung
der Bauteile die Wärmezufuhr
wiederholt abgestellt werden muß.
Näheres: in 3.
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Ein
Wäschetrockner
und ein Verfahren zum Trocknen von Wäsche, in weichem ein Kondensatortrockner
vorgesehen ist, werden in der
DE 698 14 025 T2 beschrieben. Bei diesem
Trocknungsverfahren wird eine Menge an Wäsche in einem erwärmten Gasstrom
in einem Umluftbetrieb getrocknet. Der von der Wäsche kommende Gasstrom wird
in dem Kondensator gekühlt
und entfeuchtet. Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil verbunden,
dass der Taupunkt des Gasstromes durch die Kühlung abgesenkt wird. Dadurch
wird die Wäschemenge
auf einer tieferen Temperatur gehalten. In diesem Wäschetrockner
wird die Wäsche
erst dann auf eine höhere
Temperatur erwärmt,
wenn die Verdampfung der freien Feuchte zu Ende ist.
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Der
Behandlung von Wäsche
und von anderen Trockengütern über einen
Trocknungsprozess, der nach dem Chargenprinzip verläuft, liegt
das Problem zugrunde, dass bei einer Zufuhr von Frischluft und der Kühlung der
Umluft ein geringer Dampfanteil in der Luft enthalten ist. Dies
bedingt einen tiefen Sättigungspunkt in
dem erwärmten
Gasstrom und über
die Dauer der freien Verdampfung von Feuchtigkeit können die
Temperaturen an dem Trockengut nicht über den Sättigungspunkt der Trocknungsluft
angehoben werden. Die freie Verdampfung von Feuchtigkeit verläuft bei
tiefen Temperaturen nur schleppend und ist mit einem hohen Wärmebedarf
verbunden. Weiter sind mit einem Abluftstrom, der eine geringe Beladung
von verdampfter Feuchtigkeit enthält, hohe Wärmeverluste verbunden.
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Der
Erfindung liegt ausgehend von der
EP 0 679 754 B1 die Aufgabe zugrunde, die
Verfahrensführung in
einem Aufheiz- und Trocknungsverfahren für eine Menge an Trockengut über einen
Trocknungsprozess so zu gestalten, dass die Temperaturen an dem
Trockengut als Sollwert für
ein Trocknungsprogramm eingerichtet werden können und weiter durch eine
höhere
Beladung der Abluft mit verdampfter Feuchtigkeit die Wärmeverluste
verringert und die Energieeffizienz der Trocknung verbessert werden.
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Die
Lösung
der Aufgabe wird nach der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1, 8,
22, 26, 28 erreicht. Diese unabhängigen
Ansprüche
sollen in Alleinstellung oder in Kombination untereinander Schutz
genießen.
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Die
Erfindung zur Erwärmung
und Trocknung von Trockengut wird anhand der Verdampfung von Wasser
und der Trocknung von Wäsche
beschrieben. Diese Beschreibung beinhaltet, dass die Erfindung und
deren Vorteile für
die Verdampfung von anderen Lösungsmitteln
an textilen Warengut oder einem anderen Trockengut zur Ausgestaltung
eines Trocknungsprozesses zur Anwendung kommen. Durch den hohen
Wasseranteil in einer feuchten Wäsche
und einen hohen Energiebedarf kann die Erfindung für die gewerbliche
Trocknung und die Trocknung im Haushaltsbereich vorteilhaft eingesetzt
werden. Weitere Anwendungen sind bei industriellen Misch- und Trocknungsverfahren
sowie in der Landwirtschaft bei der Trocknung von Getreide und Ölsaaten
gegeben.
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Für die Darstellung
und den Aufbau des Wärme-
und Stoffaustausches der Trenn- und Trocknungstechnik, die im Zusammenhang
mit der Verdampfung von freier Produktfeuchte beschrieben und der
Erfindung zugrunde gelegt wird, gilt die physikalische Erkenntnis,
dass ein feuchtes Trockengut z.B. eine Wäsche jeweils auf die Höhe des Sättigungspunktes
des umgebenden Trocknungsgases erwärmt wird. Bei der Zufuhr eines warmen, überhitzten
Gasstromes aus Dampf und Luft wird dem Trockengut Wärme zugeführt. Es
kommt dabei zur Verdampfung von Feuchte und zu einem Temperaturausgleich
am Trockengut mit der Sättigungstemperatur
des umgebenden Gasstromes.
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Bei
der Zufuhr eines mit Dampf gesättigten
Gasstromes kann ein Trockengut durch kondensierenden Dampf erwärmt werden.
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Bei
der möglichen
Nutzung der Abwärme
aus einem Trockner ist davon auszugehen, dass es einen unterschiedlichen
Wärmebedarf
für die
Trocknungsprogramme der einzelnen Wäschesorten gibt. Um die Abwärme auf
einem möglichst
konstanten Temperaturniveau zu erhalten, wird eine Mengenregelung
für die
Zufuhr des gasförmigen
oder flüssigen,
kalten Wärmeträgers proportional
zu dem Wärmestrom
vorgeschlagen.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile für diesen Chargenprozess, der
mit Umluft betrieben werden kann, sind durch die Lösung der
Aufgabe und durch die Anwendung der vorteilhaften Eigenschaften
von gesättigten
und überhitzten
Gasen bei der Behandlung feuchter Produkte wie folgt gegeben:
- – Der
Aufbau eines Dampfanteiles im Trocknungsgas durch eine kontrollierte
Ausdampfung der Feuchte am Trockengut;
- – Die
kontrollierte Erhöhung
der Temperatur am Trockengut durch die Erhöhung der Dampfanteile in dem Gasstrom;
- – Vorwärmung für Dampf
berührte
Teile und Vermeidung der Befeuchtung von Anlagenteilen;
- – Eine
Verbesserung des Stoffaustausches und eine Reduzierung des Energiebedarfes
bei höheren
Verdampfungstemperaturen;
- – Kontrollierbare
und konstante Verdampfungstemperaturen;
- – Die
Nutzung der Verdampfungstemperatur als Sollwert für eine Planung
von Trocknungsprogrammen und zur Programmsteuerung;
- – Konstante
Druckverhältnisse über den
Luftkreislauf und eine Kontrolle von Leckagen;
- – Eine
Möglichkeit
der Planung und der Programmierung der Aufheizung;
- – Sichere
Messwertnahme in einem fluidisierten Kondensat;
- – Hohe
Energieeffizienz mit Einsparungen um 50%;
- – Hohes
Niveau der Abwärme
für Wärmerückgewinn;
- – Abtrennung
des Wasserdampfes und Gewinnung von trockener Luft;
- – Gute
Regelbarkeit von Trocknung und Abwärmenutzung;
- – Optimierung
einzelner Trocknungsprogramme;
- – Einfache
Temperaturmodelle zur Programmbestimmung;
- – Anwendung
für Gewerbe
und Haushalt, für
offenen und geschlossenen Luftkreislauf;
- – Einfache
Komponenten und Regelklappen;
- – Wärmepumpenverfahren
ohne Kältemittel,
Drucksysteme und Kompressoren;
- – Hohe
Energieeinsparung beim Wäschetrockner
mit Wämrmepumpe,
in Verbindung mit der Einsparung von Heizwärme im Haushalt.
- – Die
Anwendbarkeit auf andere Geräte
z.B. die Geschirrtrocknung;
- – Einfache
Darstellung der Trocknung in Diagrammform nach 4.
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Beispiel:
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Anreicherung
eines Gasstrom mit Dampf und Veränderung
der physikalischen Daten des Gasstrom.
| Trockene
Luft: | 80°C |
| Gesamtdruck | 10
000 mmWS |
| Spez.
Volumen pro kg-Luft | 1,082
m3/kg |
| Dichte | 0,92
kg/m3 |
| Gesättigte Luft: | 80°C |
| Dampfanteil
x | 0,58
kg/kg-Luft |
| Spezifisches
Volumen | 1,975
m3/kg-Luft |
| Dichte | 0,8
kg/m3 |
| Enthalpie
der Luft | 1
617 kJ/kg-Luft |
| Theoretische
Heißluft | 1
612°C |
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Die
messbaren Veränderung
wie die Abnahme der Dichte auf 0,8 kg/m3 können als physikalischer Wert
Zur Steuerung des Chargenprozess und zur Diagnose eines Betriebszustandes
in dem Chargenprozess genutzt werden. Mit der Höhe der Enthalpie von 1 617
kJ/kg Luft und der theoretischen Temperatur der heißen Luft
von 1612°C
wird deutlich, dass
- – ein derartiger Abluftzustand,
gesättigt
bei 80°C, über eine
direkte oder indirekte Erwärmung
der Trocknungsluft nicht erreicht werden kann und
- – eine
große
Wärmestromdichte
in dem Gaskreislauf bewegt wird.
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Diese
Wärme ist
auch für
eine Zufuhr auf das Trockengut verfügbar; Wobei obige Werte auf
einen Gesamtdruck von 10 000 mmWS bezogen sind.
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Die
Vorteile, welche durch das Verfahren zum Erwärmen und Trocknung einer Menge
an Trockengut z.B. Wäsche
im Umluftbetrieb gegeben sind, werden durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 beschrieben:
In dem Gasstrom wird ein
Anteil an Dampf durch eine Ausdampfung von Feuchte aufgebaut. Hierdurch
wird in einem Trocknungsprozess, der nach dem Chargenprinzip verläuft, der
Dampfanteil durch die Zufuhr von Wärme und die Ausdampfung von
Feuchtigkeit erhöht.
Hierdurch ist in dem Gasstrom eine Dampfmenge enthalten, durch welche
eine bestimmte Sättigungstemperatur
in dem Gasstrom erreicht werden kann. Vorteilhaft kann über die
physikalischen Eigenschaften beim Stoffaustausch mit einem Trockengut
eine für
das Gut günstige
Temperatur über
die Dauer der freien Feuchteverdampfung eingerichtet werden.
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Das
Trockengut wird durch den Gasstrom erwärmt. Hierbei wird Wärme von
dem überhitzten,
dampfhaltigen Gasstrom auf das Trockengut übertragen. Am Trockengut kommt
es zur Verdampfung von Feuchtigkeit. Dieser Wärmeentzug durch Verdampfen
wirkt der Wärmezufuhr
entgegen. Dies bewirkt eine stabile Trockenguttemperatur auf dem
Niveau der Sättigung
des Gasstromes.
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Bei
einer kontrollierten Zusammensetzung des Gasstromes kann eine taktweise
Trocknung auf einem gleich bleibenden Niveau geplant und durchgeführt werden.
Dies hat den Vorteil, dass bei einer höheren Temperatur durch den
höheren
Dampfdruck der Stoffaustausch zur Verdampfung intensiviert wird.
Werter ist der Wärmeübergang
zwischen der Gasphase und der festen/flüssigen Phase am Produkt proportional
zu den Dampfanteilen im Gasstrom.
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Als
weiterer Vorteil ist ein höhere
Energieeffizienz gegeben, weil für
die Aufheizung eines Trocknungsgases von dem möglichen Taupunkt von 80°C auf 150°C nur 50%
der Energie benötigt
wird, als wenn eine frische Luft mit 10°C um 140°C auf 150°C erwärmt wird.
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Nach
der Erwärmung
des Trockengutes wird die verdampfte Feuchtigkeit aus dem Trockner
abgeleitet. Durch die Ableitung der Feuchtigkeit kann ein konstanter
Dampfanteil in dem Trockner sichergestellt werden. Dies hat den
Vorteil, dass die Verdampfung über
den Massenstrom der abzuführenden
Feuchtigkeit kontrollierbar ist, und die Ableitung der Feuchtigkeit
auf konstantem hohem Niveau stattfinden kann, dass die Abwärme für eine Wärmenutzung
vorgesehen werden kann.
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Je
nach der Wahl des Wärmeträgers für die Abwärme kann
die Wärme
als Dampf-Luftgemisch
direkt, als erwärmtes
Gas, als Flüssigkeit
oder als Dampf abgeleitet werden.
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Weiter
hat die konstante Verdampfungstemperatur den Vorteil, dass bei einer
Chargentrocknung ein konstanter Sollwert verfügbar ist, über welchen der Trocknungsprozess
und die Ableitung der Überschusswärme geregelt
werden können.
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Durch
die Bestimmung der Produkttemperatur über den Dampfanteil in dem
erwärmten
Gasstrom ist es möglich,
für einen
Trockner verschiedene Trocknungsprogramme vorzugeben, nach welchen
eine Wäsche auf
einer gewünschten
Temperatur als Sollwert getrocknet werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 2
beschrieben. Nach Patentanspruch 2 ist eine Öffnung in dem Luftkreislauf
zur Definition eines Druckverlaufes vorgesehen ist. Über diese Öffnung besteht
ein Druckausgleich mit der Umgebung. Dies hat den Vorteil, dass
ausgehend von den Druckverhältnissen
an der Öffnung über den
Luftkreislauf konstante Drücke
erreichbar sind.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 3
beschrieben. Nach Patentanspruch 3 ist die Feuchte in Form von Wasser,
H20 und Wasserdampf vorhanden. Mit der Anwendung
des Verfahrens auf die Verdampfung von Wasser H2O
ist der Vorteil gegeben, dass
- • Wasser
als Feuchte verbreitet ist,
- • die
Trocknung der wasserfeuchten Produkte effizient durchgeführt werden
kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 4
beschrieben. Nach Patentanspruch 4 wird die Erwärmung der feuchten Wäsche messtechnisch
z.B. mit einem Infrarot-Sensor überwacht. Dies
hat den Vorteil, dass bei einer kontrollierten Erwärmung des
Trockengutes auch die Verdampfung von freiem Wassers in einem Chargenprozess
kontrolliert nach einem Programm ablaufen kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 5
beschrieben. Nach Patentanspruch 5 wird die Trocknung einer Wäscheart
nach einem bestimmten Programm festgelegt und die Erwärmung gemäß dem Programm
durch eine Zeituhr angezeigt. Dies hat den Vorteil, dass für empfindliche
Ware wie Blauteile und Dralonqualitäten bestimmte Heißluft und
Produkttemperaturen vorgegeben werden können und dass nach dem Programm
das Ende der Aufheizzeit und der Beginn der freien Verdampfung durch
eine Zeituhr angezeigt wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 6
beschrieben. Nach Patentanspruch 6 wird die Erwärmung über einen vom Dampfanteil abhängigen Messwert
kontrolliert. Eine derartige Kontrollmessung hat den Vorteil, dass
die Temperatur an dem Trockengut von dem Dampfanteil im Gasstrom abhängig ist
und der Dampfanteil über
den Dichteunterschied zu der reinen Luft physikalisch bestimmbar
ist, während
eine direkte Temperaturmessung an dem Trockengut weniger zuverlässig ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 7
beschrieben. Nach Patentanspruch 7 wird als Messgröße der Druckverlust
einer Strömung
verwendet. Eine derartige Druckverlustmessung in einem Luftkreislauf
hat den Vorteil, dass der Messwert als Druckunterschied in einem
Teilstück
des Luftkreislaufes genommen werden kann.
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Eine
vorteilhafte Diagnose eines Temperaturwertes ist in dem unabhängigen Patentanspruch
8 beschrieben. Nach Patentanspruch 8 wird der Temperaturwert einer
feuchten Wäsche
bei einem Trocknungsverfahren diagnostiziert. Hierzu ist in dem
von der Wäsche
kommenden Gas(-strom) ein Kondensator vorgesehen und die Temperatur
wird im Zustand der Sättigung
im Gas oder in dem Kondensat gemessen. Dies hat den Vorteil, dass
ein Temperaturwert für
die Wäsche
direkt verfügbar
ist, da im Bereich freier Verdampfung im gesättigten Gas und an der Wäsche Temperaturgleichheit
angenommen werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 9
beschrieben. Nach Patentanspruch 9 wird das Gas im Kondensat fliessbettähnlich verteilt
und durchgeleitet. Dies bewirkt einen sicheren Stoffaustausch und
hat den Vorteil eines Temperaturausgleiches zwischen Kondensat und
dem gesättigten Gas.
Der Temperaturwert kann dadurch in dem Gas und in dem Kondensat
gemessen werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 10
beschrieben. Nach Patentanspruch 10 wird das Gas nach dem Ventilator
aus dem Gasstrom zugeführt
und nach der Sättigung
vor dem Ventilator in den Gasstrom zurückgeführt. Dies hat den Vorteil,
dass ein vorhandener Ventilator für die Diagnose des Temperaturwertes
genutzt werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 11
beschrieben. Nach Patentanspruch 11 werden der Trockner und der
Luftkreislauf vorgewärmt.
Eine derartige Vorwärmung
der von dem Gasstrom durchströmten
Einrichtungen verbessert das Betriebsverhalten des Trockners; es
hat den Vorteil, dass die Oberflächen
und Anlagenteile vor der Befüllung
mit feuchtem Trockengut erwärmt
sind. Eine Befeuchtung von erwärmten
Anlagenteilen und Einbauten im weiteren Verlauf durch den dampfhaltigen
Gasstrom kann dadurch vermieden werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 12
beschrieben. Nach Patentanspruch 12 wird die Trocknung bei einem
offenen Luftkreislauf durchgeführt.
Aus einem offenen Luftkreislauf kann ein Wärmeüberschuss in Form eines Gemisches
aus Luft und Dampf abgeführt
werden. Dies hat den Vorteil, dass der offene Kreislauf auch in
bestehende Trockner eingebaut werden kann und überschüssige Gase in andere Anlagen
aufgegeben werden können.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 13
und 14 beschrieben. Nach Patentanspruch 13 sind eine Zuleitung von
Luft und eine Ableitung in Form von Rohrleitungen und nach Patentanspruch
14 ein Absperrorgan in der Rohrleitung für Abluft vorgesehen. Die hat
den Vorteil, dass zur Durchführung
als zusätzliche
Komponenten nur ein Absperrorgan benötigt wird, welches nach Anspruch
15 über
einen Messwert gesteuert werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 16
beschrieben. Nach Patentanspruch 16 wird die Ableitung von verdampfter
Feuchte über
die Steuerung des Absperrorgan geregelt. Diese Regelung der Feuchteableitung
in dem Absperrorgan hat den Vorteil der Einfachheit und der einfachen
Realisierung. Regelbare Absperrklappen sind als fertige Bauteile
aus der Lüfttungstechnik
verfügbar
und der Sollwert kann über
die Temperaturmessstelle nach dem unabhängigen Anspruch 8 gemessen
werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 17
beschrieben. Nach Patentanspruch 17 wird die Trocknung in einem
geschlossenen Luftkreislauf durchgeführt. Die Trocknung in einem
geschlossenen Luftkreislauf ist für einzelne Maschinen geeignet.
Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren in Haushaltsgeräten angewendet
werden kann, z.B. in einem Kondensatwäschetrockner.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 18
beschrieben. Nach Patentanspruch 18 ist in dem Luftkreislauf ein
Kondensator vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass verdampfte Feuchtigkeit
als Kondensat abgeleitet werden kann. Weiter kann nach Anspruch
20 warme Luft in dem Kondensator erzeugt werden.
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Mit
der Erzeugung von warmer Luft aus einem Trocknungsprozess ist der
Vorteil gegeben, dass weniger Wasserdampf aus den Trocknungsanlagen
freigesetzt wird und die Atmosphäre
um die Trocknungsanlagen weniger belastet ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 21
beschrieben. Nach Patentanspruch 21 wird die Temperatur am Trockengut über die
Ableitung verdampfter Feuchte geregelt. Durch die Ableitung der
Feuchte kann die Temperatur an dem Trockengut verändert werden.
Dies hat den Vorteil, dass die Behandlungstemperatur am Trockengut über eine
volumetrische Stellgröße verändert werden
kann.
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Ein
vorteilhaftes Verfahren zur Anreicherung eines Dampfanteiles ist
in dem unabhängigen
Patentanspruch 22 beschrieben. Nach Patentanspruch 22 ist für einen
Trocknungsprozess, der taktweise in einem Gasstrom ausgeführt wird,
die Anreicherung des Dampfanteiles, z.B. Wasserdampf vorgesehen.
Die Vorteile, welche mit dem Verfahren gegeben sind, werden durch
die Merkmale des Anspruch 22 beschrieben.
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Ein
Anteil an Dampf in dem Gasstrom wird durch eine Verdampfung von
Wasser aus der Wäsche
aufgebaut. Die Dampfbildung wird hierbei durch den Beginn der Wärmezufuhr
eingeleitet. Dies hat den Vorteil, dass mit der Trocknung auch die
Dampfbildung beginnt und ein Anschluss an ein Dampfnetz nicht benötigt wird.
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Ein überschüssiges Volumen
kann aus dem Luftkreislauf über
eine Öffnung
entweichen. Dies bringt den Vorteil einer einfachen Bau- und Wirkweise.
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Die
erreichte Anreicherung an Wasserdampf wird über einen Messwert kontrolliert.
Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren und die durch die Dampfbildung
entstehenden Temperaturerhöhung
kontrollierbar sind.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 23
beschrieben. Nach Patentanspruch 23 wird der Gasstrom für den Brandschutz
mit Wasserdampf inertisiert. Hierbei werden durch die Erhöhung der
Dampfanteile die Sauerstoffanteile (O2)
in dem Gasstrom verdrängt.
Dies hat den Vorteil, dass die für
einen Brand notwenige Reaktionswärme
mangels Sauerstoff nicht verfügbar
ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 24
beschrieben. Nach Patentanspruch 24 wird der Gasstrom mit Wasserdampf
als Maßnahme
für einen
Wärmerückgewinn
inertisiert. Durch die Anreicherung von Wasserdampf kann der Wärmeinhalt
des Gasstromes erhöht
werden. Während
eine Luft bei 80°C
einen Enthalpiewert von 80,2 kJ/kg aufweist, so hat die mit Wasserdampf
gesättigte
Luft einen Enthalpiewert von 1617 kJ/kg trockene Luft. Dies hat
den Vorteil, dass der Gasstrom eine zur Abwärmenutzung hohe Wärmestromdichte
aufweist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 25
beschrieben. Nach Patentanspruch 25 wird der Gasstrom über einen
Fliessbettkondensator geführt.
Dabei kann Wärme
in dem Kondensat gespeichert werden. Dies hat den Vorteil, dass
- • die
Wärme gleichmäßig in dem
Kondensat verteilt ist,
- • eine
gleichmäßige Wärmeverteilung
in dem Gasstrom erreicht wird.
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Ein
vorteilhaftes Wärmepumpenverfahren
ist in dem unabhängigen
Patentanspruch 26 beschrieben. Nach Patentanspruch 26 wird das Wärmepumpenverfahren
bei der Trocknung und Erwärmung
eines feuchten Gutes, z.B. von Wäsche
in einem Gasstrom angewendet. Hierbei kommen Eigenschaften von Dampf-/Gasgemischen
in der Weise zur Anwendung, dass die Sättigungstemperatur des Gemisches
proportional dem Gehalt der Dampfanteile verläuft. Die Vorteile des Wärmepumpenverfahrens
sind durch die Merkmale des Patentanspruchs 26 beschrieben.
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Ein
Trockner ist zur Aufnahme des Gutes vorgesehen, mit einer Rohrführung für einen
Luftkreislauf, der aus der Rührführung für den Gasstrom,
einem Ventilator zum Transport und einer Heizstufe zur Erwärmung des
Gasstromes aufgebaut ist. Hierbei wird der Prozess des Wärmepumpens
durch die vorstehende Rohrführung
mit den apparativen Komponenten Trockner, Ventilator und Heizstufe
sichergestellt. Dies hat die Vorteile, dass
- – die Wärme innerhalb
des Arbeitsverfahrens zur Trocknung auf ein höheres Nutzniveau gepumpt wird,
- – die
Funktion ohne gekapseltes Drucksysteme, Kältemittel, Kältemittelkompressoren
erreicht wird,
- – neben
der nutzbaren Abwärme
eine Energieeinsparung in dem Trocknungsprozess gegeben ist.
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Die
Wärmepumpenfunktion
wird auf einer Ausdampfung von Feuchte und dem Aufbau eines Dampfanteiles
im dem Gasstrom aufgebaut. Dies hat den Vorteil, dass die Wärmepumpenfunktion
ohne weitere Subsysteme nur durch die Verdampfung im Trockner gebildet
wird.
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Das
Gut wird durch den dampfhaltigen Gasstrom so weit erwärmt wird,
dass eine effiziente Trocknung in Bezug auf den Wärmeeinsatz
und in Bezug auf die Temperatur am feuchten Gut ermöglicht wird.
Eine effiziente Trocknung ist gegeben, wenn der Gasstrom nicht von
der Umgebungstemperatur, sondern von dem Niveau der Abluft- oder der Sättigungstemperatur
aufgeheizt wird. Als Vorteil ist eine Halbierung des Energiebedarfes
möglich.
Effiziente Temperaturen sind am Produkt dann gegeben, wenn die Erwärmung des
Produktes auf die Nutzung der Abwärme abgestimmt ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 27
beschrieben. Nach Patentanspruch 27 wird ein trockenes Gut durch
Befeuchtung mittels Wasseraufgabe erwärmt. Hierbei kann das trockene
Gut nach der Befeuchtung mit dem Wärmepumpenverfahren getrocknet
werden. Die hat den Vorteil, dass die vorstehend beschriebenen Vorteile
auch auf trockene Gütern
anwendbar sind.
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Ein
vorteilhafter Wäschetrockner
ist in dem unabhängigen
Patentanspruch 28 beschrieben. Nach Patentanspruch 28 kann ein Trockner
für Wäsche in
Verbindung mit einer Wärmepumpenvorrichtung
betrieben werden. Hierbei wird die Verfahrensführung bei der Trocknung von
Wäsche
so ausgestaltet, dass eine Nutzung der Abwärme auf einem bestimmten Niveau
ermöglicht
wird. Die Vorteile der Wäschetrockner
sind durch die Merkmale des Patentanspruchs 28 beschrieben.
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Ein
Anteil an Dampf wird in dem Gasstrom durch eine Ausdampfung von
Feuchte aufgebaut. Dies hat den Vorteil, dass zu Beginn eines taktweisen
Vorgangs zunächst
die Betriebsvoraussetzungen geschaffen werden.
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Wäsche wird
im Kontakt mit dem dampfhaltigen Gasstrom auf eine höhere Temperatur
erwärmt.
Dies hat den Vorteil, dass höhere
Temperaturen als Voraussetzung einer Wärmenutzung geschaffen werden.
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Verdampfte
Feuchtigkeit ist in dem Kondensator im verlaufe der Trocknung kondensierbar
und ein Wärmeüberschuss
ist auf einen weiteren Wärmeträger übertragbar.
Dies hat den Vorteil, dass Wärme
durch kondensierenden Dampf auf hohem Niveau angeboten wird und
zur Erwärmung
von Flüssigkeiten
oder Gasen verwendbar ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 29
beschrieben. Nach Patentanspruch 29 kann warmes Wasser in dem Kondensator
erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass mit dem erwärmten Wasser
aus der Trocknung ein Warmwasserspeicher beheizt werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 30
beschrieben. Nach Patentanspruch 30 wird in dem Wäschetrockner
eine warme Luft erzeugt. Die hat den Vorteil, dass insbesondere
bei Haushaltsgeräten
die trockene warme Luft zu Heizwecken genutzt wird und der Wäschetrockner
einen wesentlichen Beitrag zur Energieeinsparung leistet. Die Einsparung
ergibt sich aus
- • Einer Halbierung des Wärmeverbrauches,
- • einer
Einsparung von Heizenergie durch Abwärmenutzung und Erzeugung von
erwärmter
Raumluft.
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Ein
vorteilhaftes Wärmepumpenverfahren
zur Trocknung von Wäsche
ist in dem Patentanspruch 31 beschrieben. Nach Patentanspruch 31
kann der Trocknungsverlauf für
die Trocknung einer Wäschesorte
in einem Mollier-Diagramm (40) für feuchte Luft dargestellt
werden. Dieser Trocknungsverlauf kann für das Wärmepumpenverfahren durch eine
zulässige
Temperatur an dem Trockengut definiert werden und kann durch ein Dreieck,
gebildet durch die Ablufttemperatur des Gasstromes in Form einer
Linie (44) und ausgehend von der Linie (44) durch
eine Erwärmung
des Gasstromes entlang der Linie (41), beschrieben werden.
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Eine
Trocknung von Wäsche
mit einem derartiger Trocknungsverlauf hat den Vorteil, dass
- – durch
die Aufheizung vom Niveau der Ablufttemperatur wenig Wärme verbraucht
wird,
- – durch
die Darstellung des Trocknungsverlaufes die Nutzung der Abwärme geplant
werden kann.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Patentanspruch 32
beschrieben. Nach Patentanspruch 32 wird der Gasstrom (5)
in einem Kondensator auf einen Sollwert gekühlt und ein Kühlmittel,
z.B. Luft, wird auf einen Sollwert erwärmt. Dies hat den Vorteil,
dass durch die Definition der Sollwerte für den Kondensator, der Wärmebedarf
für die
Trocknung bestimmt ist und reduziert wird. Weiter kann der Betreiber
eines Kondensatorwäschetrockners
die Abwärme
durch die Erwärmung
des Kühlmittels
nutzen.
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Wegen
der Vielfalt der Wäschesorten,
die in einem Trockner mit einem unterschiedlichen Wärmebedarf
behandelt werden, ist vorgesehen, dass die Menge des Kühlmittels
in dem Kondensator proportional zu dem Wärme- und Abwärmestrom
eingestellt werden kann.
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Durch
das Wärmepumpenverfahren
können
bisherige Abwärmeverluste
in Kondensatorwäschetrocknern
zu Heizzwecken genutzt werden. Auch das Freisetzen von trockener,
warmer Abluft, ohne Wasserdampf, hat den Vorteil, dass die Umgebung
nicht durch die Feuchte belastet wird und der Wärmeinhalt der Abluft durch die
natürliche
Wärmestrahlung
in die Atmosphäre
abgeleitet wird.
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Die
Erfindung wird durch die Darstellungen in 1 bis 5 beschrieben:
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1 zeigt
ein Verfahren in einem offenen Luftkreislauf.
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2 zeigt
ein Verfahren in einem geschlossenen Luftkreislauf.
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3 zeigt
Diagramme eines taktweisen Trocknungsverlaufs.
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4 zeigt
ein Diagramm für
ein Trocknungsprogramm.
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5 zeigt
die Sollwerte für
ein Wärmepumpenverfahren.
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In 1 ist
das Verfahren zum Trocknen und Erwärmen von einem Trockengut,
z.B. Wäsche
im Zusammenhang mit einem offenen Luftkreislauf 1 dargestellt.
Dieses Verfahren kann über
einem Trockner 2, mit einem Trocknergehäuse 3 und einer Trockengutkammer 4 eingerichtet
werden. In dem Luftkreislauf 1 gelangt ein Gasstrom 5 von
der Trockengutkammer 4 über
eine Rohrführung 6 zu
einem Ventilator 7 über
eine Rohrführung 8 zu
einer Heizstufe 9. Über
eine Rohrführung 10 zu
der Trockengutkammer 4 ist der Kreislauf für den Gasstrom 5 geschlossen.
Die Rohrführungen
können
als Rohrleitungen z.B. außenliegend
und als Übergangsstücke und
-querschnitte zur Verbindung der Komponenten 4, 7, 9, 4 ausgeführt sein.
Die Heizstufe 9 kann indirekt über einen Wärmeträger beheizt werden. Hierfür geeignete
Wärmeträger sind
Dampf, Rauchgase und Flüssigkeiten.
Der Gasstrom 5 kann in dem Luftkreislauf 1 über die
Rohrführungen 6, 8, 10 im
Kreislauf gefördert
werden. An den Luftkreislauf ist eine Rohrleitung 11 als
Zuleitung für
Luft 12 und eine Rohrleitung 13 als Ableitung
von Luft aus dem Kreislauf vorgesehen. Ein Absperrorgan 14 ist
in der Rohrleitung 13 vorgesehen. Sofern das Absperrorgan 14 in
geschlossener Stellung ist, dann ist in dem Luftkreislauf 1 die
Rohrleitung 11 als Öffnung
für den
Kreislauf 1 1irksam.
-
Der
Trockengutkammer 4 kann mit einem Trockengut 15 zur
Durchführung
des Verfahrens befüllt
werden. Das Verfahren wird an dem Beispiel der Aufheizung und Trocknung
von feuchter Wäsche
beschrieben. Der Ablauf des Verfahrens erfolgt taktweise nach dem
Chargenprinzip, wobei die Erwärmung
des Trockners 2 und der Komponenten des Luftkreislaufes
und die Aufheizung des Trockengutes 15 in der Trockengutkammer 4 als
Wärmeverbraucher
in dem Verfahren Berücksichtigung
finden.
-
In
einem ersten Takt kann vor der Befüllung des Trockner 2 der
Luftkreislauf 1 und der Trockner 2 durch einen
warmen Gasstrom 5 erwärmt
werden. Hierzu wird der Gasstrom in der Heizstufe 9 aufgeheizt. Dies
erfolgt bei geschlossenem Absperrorgan 14. Im nächsten Takt
wird nach der Aufgabe des Trockengutes 15 in dem Gasstrom 5 ein
Anteil an Dampf aufgebaut durch eine Ausdampfung von Feuchte z.B. Wasserdampf aus
dem Trockengut 15. Dabei wird das Trockengut 15 direkt
durch den in der Heizstufe überhitzten
Gasstrom erwärmt
und gleichzeitig durch die Ableitung der Verdampfungswärme auf
den Sättigungspunkt
des Gasstromes 5 gekühlt.
Mit der Zunahme des Dampfanteiles in dem Gasstrom 5 erhöht sich
dessen Sättigungstemperatur
und die Temperatur am Trockengut 15 wird entsprechend erhöht. Dieser
Arbeitstakt ist mit der Aufheizung des Trockengutes 15 auf
eine für
die freie Wasserverdampfung gewünschte
Temperatur abgeschlossen. Diese kann auf die Materialverträglichkeit
des Trockengutes und von unterschiedlichen Materialien wie Dralon,
Blauwäsche,
bis dickem Frotte ausgerichtet werden.
-
Im
nächsten
Takt erfolgt die freie Verdampfung von Feuchtigkeit und Wasser.
Ein Teil der zugeführten Wärme geht
in die Erwärmung
der gasberührten
Teile des Luftkreislaufes 1 und in Wärmeverluste nach Außen. Hierbei
wird der Gasstrom 5 in der Heizstufe 9 überhitzt
und in der Trockengutkammer 4 durch die Verdampfung von
Wasser abgekühlt.
Ein anderer Teil des Gasstromes erreicht nicht das Trockengut und
strömt
entlang der trockenen Metallflächen
und wird weniger mit Dampf befeuchtet und auf eine andere Temperatur
partiell gekühlt.
-
Allgemein
kann man zur Trocknungsführung
feststellen:
- – Die Wärmeverluste sind proportional
zur Temperatur im heißen
Gasstrom.
- – Der
Wärmebedarf
zur Feuchteverdampfung ist proportional dem Abstand der Trockenguttemperatur
auf den Siedepunkt der Feuchtigkeit.
-
Dabei
ist eine kontrollierte Trocknung von Wäsche möglich, indem ein weiterer Anstieg
der Temperatur an der Wäsche
verhindert wird und über
ein kontrolliertes Öffnen
des Absperrorgans 14 eine bestimmte Menge verdampfter Feuchtigkeit
mit einem dampfhaltigen Gasstrom über die Rohrleitung 13 abgeleitet
wird. Der Anteil an Luft in der Rohleitung 13 wird durch
eine Zuleitung von Luft über
die Rohleitung 11 ausgeglichen. Auf diese Weise ist eine
Verdampfung der freien Feuchte möglich.
In einem weiteren Takt kann die Wäsche mit frischer Luft gekühlt werden.
-
Eine
Regelung der Temperatur und des Dampfanteiles in dem Gasstrom 5 erfolgt über ein
Steuergerät 16.
Von diesem Steuergerät 16 führt ein
Stellsignal 17 auf das verstellbare Absperorgan 14.
Zur Speisung des Steuergerätes 16 ist
ein Sollwert 18 inform eines Temperaturwertes in dem gesättigten
Gasstrom vorgesehen. Hierzu wird Gas aus dem Gasstrom 5 über eine
Rohrführung 19 einem
Behälter 20 zur
Sättigung
oder Quensche zugeführt.
Dieser Behälter
ist teilweise mit Kondensat 21 befüllt und das Gas 22 kann
in dem Kondensat 21 fliessbettähnlich verteilt, durchgeleitet
und über
eine Rohrleitung 23 abgeleitet werden. Der Temperaturwert kann
in dem gesättigten
Gas und in dem Kondensat 21 gemessen werden.
-
Die
Ableitung des Gases ist auf 2 Arten möglich:
- – Über eine
Rohrleitung 24 zurück
auf die Saugseite des Ventilator 7,
- – über einen
zusätzlichen
Ventilator 25 druckseitig in den Luftkreislauf 1.
-
Ein
weiterer temperaturabhängiger
Sollwert 26 kann von einer Sonde 27 dem Steuergerät 16 zugeführt werden.
Mit dieser Sonde 27 kann die Temperatur z.B. mit einer
Infrarot Messung an einer Wäsche
berührungslos
gemessen werden. Ein druckabhängiger
Sollwert 28 kann über
eine Druckmessstelle P in der Leitung 8 gemessen werden.
Der Druckwert verhält
sich umgekehrt proportional zu dem Dampfanteil in dem Gasstrom 5.
-
Zur Beschreibung von 2:
-
In 2 ist
das Verfahren zum Trocknen und Erwärmen von einem Trockengut im
Zusammenhang mit einem geschlossenen Luftkreislauf 30 dargestellt.
Dieses Verfahren kann über
einem Trockner 2, mit einem Trocknergehäuse 3 und einer Trockengutkammer 4 eingerichtet
werden. In dem Luftkreislauf 30 gelangt ein Gasstrom 5 von
der Trockengutkammer 4 über
eine Rohrführung 6 zu
einem Ventilator 7 über
eine Rohrführung 8 zu
einer Heizstufe 9. Über
eine Rohrführung 10 zu
der Trockengutkammer 4 ist der Kreislauf für den Gasstrom 5 geschlossen.
Die Rohrführungen
können
als Rohrleitungen z.B. außenliegend
und als Übergangsstücke und
-querschnitte zur Verbindung der Komponente 4, 7, 9, 4 ausgeführt sein.
Die Heizstufe 9 kann indirekt über einen Wärmeträger beheizt werden.
-
In
typischen, technischen Fertigungsprozessen kann ein Trockengut in
Mischkammern aufbereitet und getrocknet werden. Hierbei kommen horizontale
oder vertikale Mischeinrichtungen zum Einsatz. Bei diesen Trocknungs-
und Mischeinrichtungen kann eine Heizstufe anders als in 2 dargestellt
in dem Zwischenraum 31, gebildet durch die Trockengutkammer 4 und
das Trocknergehäuse 3 vorgesehen
werden. Eine Trocknung in offenem und geschlossenen Luftkreislauf
ist möglich.
-
Eine
vorteilhafte Anwendung für
das Trocknungsverfahren ist bei der Trocknung von Wäsche im
Haushalt möglich.
Der Vorteil ergibt sich daraus, dass aus dem geschlossenen Luftkreislauf 30 keine
feuchten Abgase abgeführt
werden müssen.
-
Weiter
kann die Abwärme
auf andere im Wohnbereich einsetzbare Wärmeträger übertragen werden. Zu diesen
Wärmeträgern gehören warme
Luft und warmes Wasser.
-
Nach
der Verfahrensführung
in 2 kann der ursprünglich Luftkreislauf 6, 7, 8, 9, 10, 3, 4 mit
den Rohrführungen
bestehen bleiben. Von diesem Kreislauf 30 führt eine
Rohrführung 32 zu
einem Behälter 33,
in welchem eine Sättigung
oder Quensche des Gasstromes möglich
ist. Dieser Behälter 33 ist
teilweise mit Kondensat 34 befüllt und das Gas 22 kann
in dem Kondensat 34 fliessbettähnlich verteilt, durchgeleitet
und über eine
Rohrleitung 35 abgeleitet werden.
-
Dieses
gesättigte
Gas kann über
einen Ventilator 36 einem Wärmetauscher/Kühler 37 zugeführt werden
und wird über
eine Rührführung 38 in
den Kreislauf zurückgeführt. Durch
die Sättigung
des Gases 22 in dem Fließbett, aus Kondensat 34 und
dem Gasstrom und bei einer Kühlung
in dem Wärmetauscher 37 hat dieser
Wärmetauscher 37 die
Funktion eines Kondensators, von welchem bei höheren Temperaturen die Wärme durch
die Kondensation von Dampfanteilen abgeführt wird.
-
Bei
der Trocknung von Wäsche
kann dieser Kondensator vorteilhaft mit Wasser oder mit Luft beschickt werden.
-
Beispiel: Kondensattrockner im Haushalt
-
Für die Durchführung des
Verfahrens kann die Drehzahl eines Lüfters, der Kühlluft zu
dem Kondensator 37, 37a fördert, über den Temperaturwert angesteuert
werden, und zwar in der Weise, dass gerade so viel Luft zugeführt wird,
dass eine erwärmte
Abluft ab einer bestimmten Temperatur aus dem Kondensator 37 abgeführt wird.
Diese Luft kann als Wärmeträger im Gebäude genutzt
werden. Dieser Betrieb hat den Vorteil, dass durch den Betrieb eines
Wäschetrockners
in Kellerräumen,
diese nicht wie bisher befeuchtet, sondern getrocknet werden.
-
Hierzu
kann von dem Stellsignal 17 eine Verbindung zu einem Ventilator 29, 29a vorgesehen
werden, durch welchen die Wärme
aus einem Trockner abgeleitet wird.
-
Bei
einer Wärmeableitung
an warmes Wasser, kann von einem Trocknungsniveau oder Sättigungszustand
der Luft bei 70°C,
ein warmes Wasser erzeugt werden. Die Wärme kann in einem Warmwasserspeicher oder
einer Heizung genutzt werden.
-
An
dem Luftkreislauf 30 ist eine Rohrleitung 11 als
Ausgleichsöffnung
vorgesehen. Sofern in dieser Rohrleitung 11 die Gasgeschwindigkeit
null ist, was für
den Normalbetrieb gilt, dann ergibt sich auch im Luftkreislauf 30 im
Schnittpunkt mit der Rohrleitung 11 ein Druck von +/– Null gegenüber der
Atmosphäre.
-
Im
1. Takt beim Aufheizen ohne Produkt erhöht sich das Gasvolumen im Luftkreislauf 30 und
der Überschuss
kann über
die Rohrleitung 11 entweichen. Im 2. Takt, bei der Anreicherung
von Dampf in dem Gasstrom entweicht ein weiterer Anteil, dessen
Volumen proportional zur Menge der durch den Dampf verdrängten Luft ist.
-
Nach
der Verfahrensbeschreibung in 2 kann der
Luftkreislauf aufgeteilt werden, in einen Teilstrom, der über den
Kondensator 37 geführt
wird und einen Teilstrom der nicht gekühlt wird. Diese Aufteilung berücksichtigt
den Fakt, dass in dem Trockner partiell die Luft nur mit den Trocknereinbauten,
nicht aber der Wäsche
in Kontakt kommt. Entsprechend kann die verdampfte Feuchtigkeit
auch aus einem Teilstrom in dem Kondensator 37 abgeführt werden.
-
In
einer weiteren Ausführung
des Verfahrens kann der Kondensator 37a in dem Luftkreislauf 30 in
Serie mit den Komponenten 4, 7, 9 betrieben
werden.
-
Für die Ableitung
von Kondensat ist ein Kondensatstutzen 39 vorgesehen. Die
Solltemperatur wird über
den Temperaturwert 18 oder 18a der Steuereinheit 16 zugeführt. Die
Temperaturmessstelle kann in dem gesättigten Gasstrom vor dem Wärmetauscher 37 oder
in dem Kondensat 34 oder in dem Kondensatstutzen 39 angeschlossen
werden. Das Stellsignal 17 kann auf eine Mengenregelung
für ein
Kühlmedium,
Wasser oder Luft geführt
werden. Dabei wird über
die Temperatur als Sollwert so geregelt, dass die Kondensatmenge im
Stutzen 39 ungefähr
der in der Trockenkammer 4 verdampften Feuchtigkeit entspricht.
-
Zur Beschreibung von 3
-
In
3 ist
der Trocknungsverlauf in einem Trocknungsprogramm für Dralonwäsche dargestellt.
Die Zahlenangaben beschreiben einen Zustand durch eine Auswahl von
Messwerten aus der 26. Minute und der 32. Minute. Hierbei wird eine Änderung
der Temperaturwerte über
die Dauer der Trocknung aufgezeigt.
| Programm
im Trockner für | Dralonwäsche |
| Dauer
der Trocknung | 45
Minuten |
| Trocknergröße | 28
kg Wäsche |
| Temperatur | 60°C |
| Temperatur-heißes (h),
Gas (g) ein (i) | T
(hg/i) |
| Temperatur-heißes (h)
Gas (g) aus (a) | T
(hg/a) |
| Beheizung,
indirekt | Dampf |
| Weitere
Werte: | |
| Temperaturlinie | 100°C |
| Außenluft | 15°C |
| Wäschetemperatur,
gemessen | 32°C |
-
In 3 sind
2 Zustandsdiagramme für
den Trocknungsverlauf aufgezeigt, aus welchen der Trocknungsverlauf über eine
Taktzeit von 6 Minuten ersichtlich ist. Neben den Temperaturwerten
ist der Wärmeinhalt (i)
von Luft in kJ/kg aufgeführt
mit den Sättigungslinien
für einen
Wert (i = konstant). Hierbei kann man die Temperaturen in °C und die
Wärmeinhalt
der Luft in kJ/kg Luft über
einer Zeitachse auftragen.
-
Es
wurde festgestellt, dass die Wäschetemperatur über die
Dauer von 32 Minuten unverändert
bei 32°C
beharrt. Damit ergeben sich folgende Werte für den Zustand der Abluft:
| Anfang
der Taktzeit | 26.
Minute |
| Dampfdruck über der
Wäsche
(32°C) | 4800
Pa |
| Wassergehalt
bei Sättigung | 31
g/kg-Luft |
| Wassergehalt
der Zuluft | 10
g/kg-Luft |
| Wasseraufnahme,
max | 21
g/kg-Luft |
| Ablufttemperatur
T (hg/a) | 60°C Temperatur |
| Heißlufttemperatur
T (hg/i) | 162°C |
| Wärmeinhalt
der Luft i | 162
kJ/kg |
| Theoretische
H2O Aufnahme | 49
g/kg-Luft |
| Ende
der Taktzeit | 32.
Minute |
| Dampfdruck über der
Wäscher
(32°C) | 4800
Pa |
| Wassergehalt
bei Sättigung | 31
g/kg-Luft |
| Wassergehalt
der Zuluft | 10
g/kg-Luft |
| Ablufttemperatur
T (hg/a) | 30°C |
| erreicht
Heißlufttemperatur
T (hg/i) | 48°C |
| Wärmeinhalt
der Luft i | 48
kJ/kg |
| Abkühlung | 18°C |
| Max.
H2O Aufnahme | 8
g/kg-Luft |
-
Als
Durchschnitt über
die Taktzeit von 6 Minuten ergibt sich eine max. H2O
Aufnahme der Luft von (8 + 21)/2 also 14,5 g-H20
pro kg-Luft. Bei einer Einschränkung
des Stoffaustausches bei der Verdampfung durch eine ungleichmäßige Luftverteilung
mit einem Wirkungsrad von 50% ist eine Anreicherung der Luft mit
ca. 7 g pro kg-Luft zu erwarten.
-
Die
Sättigung
des heißen
Gasstromes von 162°C
sollte eigentlich entlang der Geraden (i = konstant) verlaufen.
Da nur ein Teil der zugeführten
Wärmeenergie
für die
Sättigung
eines Teilstromes mit max. 21 g H2O genutzt
werden kann, wird durch die Messwerte in 3 aufgezeigt,
dass ein wesentlicher Anteil der freigesetzten Wärmeenergie für die Aufheizung
der Einbauten und der gasberührten
Teile des Trockner verloren geht.
-
Zur Beschreibung von 4
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch ein Diagramm
einer Trocknung im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
In diesem Diagramm 40 ist der Wärmeinhalt eines feuchten Gasstromes
ausgedrückt
als Wärme
kJ pro kg trockene Luft über
dem Wassergehalt × (g
pro kg trockene Luft) dargestellt. Das Diagramm 40 beschreibt
die Trocknung eines wasserfeuchten Produktes ausgehend von einem
Gasstrom bei einem Wassergehalt im Gasstrom von 158 g H2O
pro kg-Luft, entlang der Senkrechten 41. Eine Linie 42 beschreibt
die Temperatur am Trockengut im Sättigungspunkt des Gasstromes.
Bei einem Sollwert von 60°C
ist das physikalische Gleichgewicht mit dem Dampfdruck bei 158 g
H2O pro kg Luft gegeben, bezogen auf einen Gesamtdruck
von 1 kg/cm2.
-
Entlang
der Senkrechten 41 kann die Aufheizung des Gasstromes durch
eine indirekte Wärmezufuhr in
einem Wärmeaustauscher/Heizstufe
auf eine Temperatur T (hg/i) von 125°C erfolgen, mit welcher der
Gasstrom der feuchten Wäsche
zur Verdampfung des Wassers zugeführt werden kann. Der Gasstrom
kühlt sich entlang
der Linie 43 durch die Verdampfung von Wasser ab und kann
mit einer Temperatur T (hg/a) von 85°C des heißen Gasstromes am Austritt
des Trockner entlang der Linie 44 zur erneuten Aufheizung
zurückgeführt werden.
-
Der
Vorteil dieser Trocknungsführung
liegt darin, dass auf dem Temperaturniveau bei 60°C für die Trocknung
diejenige Wärme
verbraucht wird, welche zur Verdampfung der Feuchte erforderlich
ist. In diesem Fall wird der Gasstrom von dem Temperaturwert T (hg/a)
85°C auf
den Wert T (hg/i) 125°C
erwärmt.
Der Bedarf an Wärme
ist mit einem Wärmestrom 45 angegeben.
Vorteil:
- – Konstante
Bedingungen und 50% bis 100% zusätzliche
Trocknungsleistung;
- – Erzeugung
eines konstanten Abwärmestrom 46,
um an dem Trockengut 15 den Temperaturwert von 60°C als Sollwert
eines Trocknungsprogramms zu halten.
-
Die
Ableitung des Wärmestromes 46 kann
bei einem vorstehend als offen beschriebenen Luftkreislauf dadurch
erfolgen, dass über
ein offenes Absperrorgan 14 in der Abluftleitung gerade
soviel mit Wasserdampf angereicherte Luft abgeleitet wird, dass
der Wassergehalt in dem Luftkreislauf konstant bleibt. Hierdurch
kann die Temperatur der Wäsche
auf dem Sollwert von 60°C
gehalten werden.
-
Die
Ableitung des Wärmestromes 46 kann
bei einem vorstehend als geschlossen beschriebenen Luftkreislauf
dadurch erfolgen, dass in dem Kondensator 37, 37a,
der in dem Luftkreislauf angeordnet ist, gerade soviel Wasserdampf
kondensiert wird, dass der Wassergehalt in dem Luftkreislauf konstant
bleibt. Hierdurch kann die Temperatur der Wäsche auf dem Sollwert von 60°C gehalten
werden. Die Kondensationswärme
kann in diesem Fall zur Vorwärmung
eines weiteren Wärmeträgers oder
zur Erzeugung von Dampf genutzt werden. Die Temperatur am Trockengut
als Sollwert kann über
einen gleich bleibenden Wassergehalt im Gasstrom, d.h. über die
Kondensationsleistung des Kondensators 37 geregelt werden.
-
In
der Ausführung
des Verfahrens nach Anspruch 18 kann in den Luftkreislauf
30 eines
Kondensatorwäschetrockner
ein Kondensator
37a eingebaut werden. Bei einem Wechsel
auf ein anderes Trocknungsprogramm ist die Möglichkeit gegeben, durch eine Änderung
des Volumenstromes in dem Ventilator
29,
29a,
die Kühlluft
auf eine nutzbare Temperatur bei geänderter Wasserverdampfung zu
erwärmen.
Dabei wird der Gasstrom
5 von der Linie
44 für Abluft
auf den Zustand im Schnittpunkt der Linien
41 und
42 gekühlt.
| Beispiel
einer Trocknung bei | 80°C |
| H2O-Dampfdruck | 48
290 Pa |
| H2O-Gehalt
pro kg Luft | 580
g/kg |
| Wärmeinhalt
der Luft | 1
617 kJ/kg-Luft |
| Theoretische
Heißluft
(trocken) | 1
610°C |
-
Ergebnis:
- – Über die
Zeit der freien Wasserverdampfung kann ein Sollwert von 80°C an dem
Trockengut erreicht werden.
- – Die
erreichte Energieeffizienz ist besser als bei einer Trocknung mir
einem heißen
Gas von 1650°C.
- – Durch
einen konstanten Temperaturverlauf und geringe Betriebstemperaturen
zwischen 80°C
und 150°C sind
geringe Wärmeverluste
erreichbar.
- – Die
Abwärme
kann auf einem Niveau von 70°C
als trockene Luft oder erwärmtes
Wasser erneut genutzt werden.
-
Zur Beschreibung von 5:
-
Mit
dem Diagramm in 5 können die Temperaturwerte für einen
Trocknungsverlauf für
eine Wäschesorte
in den Betriebspunkten am Eintritt (1) und Austritt (2) eines Kondensators 37a beschrieben
werden. Hierbei kann der Gasstrom 5 von der Temperaturlinie 44,
welche den Abluftzustand beschreibt, auf einen Sollwert von 50 abgekühlt werden.
Dieser Sollwert kann der am Trockengut zulässigen Temperatur entsprechen. Bei
dieser Abkühlung
kann die verdampfte Feuchte als Kondensat ausfallen. Ein Kühlmittel,
z.B. eine Flüssigkeit
oder Luft, können
von einer Eingangstemperatur z.B. 20°C auf einen Sollwert 51 erwärmt werden.
Auf einem Niveau von 40°C
kann die Abwärme
aus der Trocknung in einem Luftstrom genutzt werden.
-
Aufgrund
der Sollwerte 50 und 51 kann ein Kondensatorwäschetrockner
auf einen Wärmepumpenbetrieb
umgerüstet
werden; Wobei der Wärmeaustausch
im Gegenstrom- und im Gleichstromprinzip eingerichtet werden kann.
-
Nach
dem Beispiel in 5 ist mit den Sollwerten
- – eine
Abkühlung
des Gasstromes von 85°C
auf den Sollwert 50 von 60°C und
- – eine
Aufheizung von Luft von 20°C
auf einen Sollwert von 40°C
vorgesehen.
-
Die
Temperaturwerte 52 und 53 betreffen eine Schwankungsbreite 54 einer
Erwärmung
von Kühlluft in
Haushalts-Kondensator-Wäschetrocknern,
wobei der höhere
Wert 53 erst nach der Verdampfung der freien Feuchte erreicht
werden kann.
-
Aus
dem Beispiel ist ersichtlich, dass mit einem Trocknungsprogramm
und einem Wärmepumpenverfahren
nach der Darstellung in
5 und den aufgezeigten Sollwerten
50 und
51 für den Wärmeaustausch eine
Nutzung der Abwärme über den
Zeitraum der freien Feuchteverdampfung ermöglicht wird, die bei einem Betriebspunkt
52 bisher
nicht möglich
ist.
| Beispiel: | Einsparung
von Energie |
| Wärmebedarf-Trocknung
nach Fig. 3 | 1 kWh pro
kg Wäsche |
| Wärmebedarf-Neue
Trocknung | 0,3 kWh
pro kg Wäsche |
| – mit 20%
Wärmeverlusten | 0,35 kWh pro kg Wäsche |
| mögliche Einsparung | 0,65 kWh
pro kg Wäsche |
| Nutzwärme aus
Wärmepumpe | 0,24 kWh pro kg Wäsche |
| Gesamt-Wärmeeinsparung | 0,89 kWh
pro kg Wäsche |
| Wirkungsgrad
der Feuerung | 80%: |
| Einsparung-gesamt:
0,89/0,8 | 1,11 kWh
pro kg Wäsche |
| 28
kg-Trockner mit 84 kg/h | 93,24 kW
pro Trockner |
| 2
000 Betriebsstunden pro Jahr | 186 480
kWh pro Jahr |
| 4
000 Betriebsunden pro Jahr | 372 960
kWh pro Jahr |
| Einsparungen
gegenüber | Trocknung
nach Fig. 3 |
| bezogen
auf das Heizöläquivalent | 28 kg-Trockner
mit Wärmepumpe |
| (bei
50% zusätzliche
Trocknungsleistung) | 84 kg Wäsche pro
Stunde |
| | 60
EUR pro 100 Liter Öl |
| Bei
2 000 h pro Jahr: | 16,037
m3-Heizöl | 9
622 EUR pro Jahr |
| Bei
4 000 h pro Jahr: | 32,074
m3-Heizöl | 19
244 EUR pro Jahr. |
-
- 1
- Luftkreislauf
- 2
- Trockner
- 3
- Trocknergehäuse
- 4
- Trockengutkammer
- 5
- Gasstrom
- 6
- Rohrführung
- 7
- Ventilator
- 8
- Rohrführung
- 9
- Heizstufe
- 10
- Rohrführung
- 11
- Rohrleitung
- 12
- Luft
- 13
- Rohrleitung
- 14
- Absperrorgan
- 15
- Trockengut,
Wäsche
- 16
- Steuergerät
- 17
- Steilsignal
- 18
- Sollwert,
temperaturabhängig
- 18a
- Sollwert,
temperaturabhängig
- 19
- Rohrleitung
- 20
- Behälter
- 21
- Kondensat
- 22
- Gas
- 23
- Rohrleitung
- 24
- Rohrleitung
- 25
- Ventilator
- 26
- Sollwert,
temperaturabhängig
- 27
- Sonde
- 28
- Sollwert,
druckabhängig
- 29
- Ventilator
- 30
- Luftkreislauf
- 31
- Zwischenraum
- 32
- Rohrführung
- 33
- Behälter
- 34
- Kondensat
- 35
- Rohrleitung
- 36
- Ventilator
- 37
- Wärmeaustauscher
/Kondensator
- 37a
- Kondensator
- 38
- Rohrrückführung
- 39
- Kondensatstutzen
- 40
- Diagramm
- 41
- Senkrechte
- 42
- Kalte
Luft
- 43
- Linie-Verlauf
der Änderung
- 44
- Linie-Temperatur
der Abluft
- 45
- Wärmestrom
- 46
- Wärmestrom
- 49
- Diagramm
- 50
- Sollwert
für Temperatur
- 51
- Sollwert
für Temperatur
- 52
- Temperatur-Wert
- 53
- Temperatur-Wert
- 54
- Schwankungsbreite