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Die
Erfindung betrifft einen Trockner mit einer Trocknungskammer für
die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkanal,
in dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft
und ein Gebläse zum Führen der erwärmten
Prozessluft von einem Zulufteingang durch die Trocknungskammer zu einem
Abluftausgang sowie mindestens ein Wärmetauscher befinden,
wobei der mindestens eine Wärmetauscher zwischen der Trocknungskammer
und dem Abluftausgang angeordnet ist.
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Ein
Trockner mit Wärmerückgewinnung geht hervor aus
der
EP 0 467 188 B1 oder
der
WO 2006/029953
A1 .
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Im
Allgemeinen wird ein Wäschetrockner als Abluft- oder Kondensationstrockner
aufgebaut und betrieben. Ein Kondensationstrockner, dessen Funktionsweise
auf der Kondensation der mittels warmer Prozessluft verdampften
Feuchtigkeit aus der Wäsche beruht, benötigt keinen
Abluftschlauch und ermöglicht eine Energierückgewinnung
aus der erwärmten Prozessluft, beispielsweise durch Verwendung
einer Wärmepumpe. Das im Kondensationstrockner anfallende
Kondensat wird gesammelt und entweder abgepumpt oder durch manuelles
Entleeren eines Auffangbehälters entsorgt.
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Bei
einem Ablufttrockner wird dagegen im Allgemeinen die nach dem Durchgang
durch eine Wäschetrommel mit Feuchtigkeit beladene Luft
aus dem Trockner geleitet. Eine Wärmerückgewinnung findet
hierbei in der Regel nicht statt.
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Die
DE 30 00 865 A1 offenbart
einen Wäschetrockner mit Wärmerückgewinnung.
Dieser Wäschetrockner besteht aus einem die Wäsche
aufnehmenden und bewegenden Behälter, in welchen ein von
einem Heizelement erwärmter Zuluftstrom mündet,
während die feuchte Warmluft als Abluft über einen
Auslass geführt wird. Im Zuluftstrom ist vor dem Heizelement
ein Wärmetauscher angeordnet, der von der feucht-heißen
Abluft aus dem Behälter durchströmt wird.
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In
der
DE 40 23 000 C2 ist
ein Wäschetrockner mit einem Wärmepumpenkreis
beschrieben, bei dem im Prozessluftkanal zwischen dem Kondensator und
dem Verdampfer eine Zuluftöffnung angeordnet ist, die mit
einer steuerbaren Verschlussvorrichtung verschließbar ist.
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Die
DE 197 37 075 A1 offenbart
einen Wäschetrockner, der mit mindestens einem Wärmetauscher
zur Wärmerückgewinnung ausgestattet ist. Hierbei
werden vorzugsweise zwei Gegenstrom-Wärmetauscher verwendet.
In einer Ausführungsform wird die Prozessluft nach Durchgang durch
den Wärmetauscher direkt ins Freie geblasen.
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Bei
einem Ablufttrockner mit Wärmerückgewinnung strömt
in der Regel Umgebungsluft (von z. B. 20°C und 60% relativer
Luftfeuchte; so genannte Zuluft) in die Wärmetauscherflächen
eines Luft-Luft-Wärmetauschers und wird dort unter Abkühlung
der aus der Trocknungskammer kommenden warmen Prozessluft aufgeheizt.
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Ein
Wärmetauscher arbeitet energetisch besonders günstig,
wenn zwischen den Wärme tauschenden Medien jedenfalls beim
Beginn des Austauschs eine große Temperaturdifferenz gegeben
ist, wenn also beispielsweise diese Temperaturdifferenz beim Austausch
zwischen Zuluft und Abluft eines Trockners besonders groß ist.
Dies kann prinzipiell durch Einstellung einer hohen Heizleistung
der Heizung des Trockners oder durch Einstellung von niedrigen Volumenströmen
für die Prozessluft erreicht werden. Beide Maßnahmen
führen jedoch häufig zu einer unzulässig
hohen Temperatur der in die Trommel eintretenden Prozessluft („Trommeleintrittstemperatur").
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Trockner mit hoher
Energieeffizienz bereitzustellen, bei dem ohne eine unzulässig
hohe Steigerung der Trommeleintrittstemperatur eine Anhebung der
Temperatur der Prozessluft beim Austritt aus der Trommel („Trommelaustrittstemperatur")
erreicht werden kann.
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Die
Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht
durch einen Trockner mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Trockners sind in den abhängigen Patentansprüchen
aufgeführt. Außerdem impliziert jede Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Trockners eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen
von Gegenständen, auch wenn darauf nicht besonders hingewiesen
ist.
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Gegenstand
der Erfindung ist somit ein Trockner mit einer Trocknungskammer
für die zu trocknenden Gegenstände, einem Prozessluftkanal, in
dem sich eine Heizung zur Erwärmung der Prozessluft und
ein Gebläse zum Führen der erwärmten Prozessluft
von einem Zulufteingang durch die Trocknungskammer zu einem Abluftausgang
sowie mindestens ein Wärmetauscher befinden, wobei der mindestens
eine Wärmetauscher zwischen der Trocknungskammer und dem
Abluftausgang angeordnet ist; bei diesem Trockner zweigt vom Prozessluftkanal
hinter der Trocknungskammer ein Umluftkanal ab, durch welchen ein
Teil der Prozessluft zur Heizung führbar ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform des erfindungemäßen
Trockners zeichnet sich dadurch aus dass die Heizung zwischen dem
Gebläse und der Trocknungskammer angeordnet ist und der
Umluftkanal hinter dem mindestens einen Wärmetauscher abzweigt.
Diese Ausführungsform mit einem relativ nah zur Zuluftöffnung
angeordneten Gebläse kann als „drückendes
System" bezeichnet werden, da das Gebläse die Prozessluft
durch den Prozessluftkanal drückt.
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Eine
alternative bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Trockners zeichnet sich dadurch aus, dass der Umluftkanal zwischen
der Trocknungskammer und dem mindestens einen Wärmetauscher
abzweigt und das Gebläse zwischen der Trocknungskammer
und dem Umluftkanal angeordnet ist. Dabei ist das Gebläse
relativ weit von der Zuluftöffnung entfernt angeordnet,
so dass die Prozessluft vom Gebläse durch den Prozessluftkanal
gesaugt wird. Diese Ausführungsform kann daher als „saugendes
System" bezeichnet werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Trockners vereinigt sich der Umluftkanal vor der Heizung mit dem
Zuluftkanal.
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Vorzugsweise
befindet sich im Umluftkanal eine erste steuerbare Verschlussvorrichtung und/oder
am Zulufteingang eine zweite steuerbare Verschlussvorrichtung. Damit
ist es jeweils möglich, den Fluss der Prozessluft zu steuern
und abweichend von der Funktion eines üblichen Ablufttrockners
ganz oder teilweise eine Funktion als Umlufttrockner zu erzielen.
Dies kann insbesondere zur Aufheizung des Trockners unmittelbar
nach seiner Inbetriebnahme zum Trocknen feuchter Gegenstände
nützlich sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens eine
Wärmetauscher gebildet von Verdampfer und Verflüssiger
einer Wärmepumpe. Hierbei ist vorzugsweise der Verdampfer
unmittelbar vor dem Abluftausgang angeordnet, um der vom Trockner
abströmenden Abluft Wärme zu entziehen und dem
Trocknungsprozess wieder verfügbar zu machen.
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Bei
einem mit einer Wärmepumpe ausgestatteten Trockner erfolgt
die Kühlung der warmen, mit Feuchtigkeit beladenen Prozessluft
im Wesentlichen im Verdampfer der Wärmepumpe, wo die übertragene
Wärme zur Verdampfung eines im Wärmepumpenkreis
eingesetzten Kältemittels verwendet wird. Das aufgrund
der Erwärmung verdampfte Kältemittel der Wärmepumpe
wird über einen Kompressor dem Verflüssiger der
Wärmepumpe zugeführt, wo aufgrund der Kondensation
des gasförmigen Kältemittels Wärme freigesetzt
wird, die zum Aufheizen der Prozessluft bzw. Zuluft vor Eintritt
in die Trocknungskammer verwendet wird.
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Erfindungsgemäß kann
hierzu die im Verflüssiger frei werdende Wärme
im Zuluftkanal zur Erwärmung von Zuluft oder nach Vereinigung
von Zuluftkanal und Umluftkanal zur Erwärmung der vereinigten Zuluft
und Abluft verwendet werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mindestens
eine Wärmetauscher ein Luft-Luft-Wärmetauscher.
Hierbei wird vorzugsweise die feuchte, heiße Prozessluft
aus der Trocknungskammer zur Erwärmung von Zuluft verwendet,
die dann der Trocknungskammer zugeführt wird. Hierbei kreuzt
sich weiter vorzugsweise der Prozessluftkanal im Luft-Luft-Wärmetauscher
selbst, wobei insbesondere die Prozessluft vom Zulufteingang unmittelbar zum
Luft-Luft- Wärmetauscher und vom Luft-Luft-Wärmetauscher
unmittelbar zum Abluftausgang strömt. Auf diese Weise wird
der abströmenden Prozessluft Wärme entzogen und
der zuströmenden Prozessluft zugeführt; diese
Wärme bleibt also dem Trocknungsprozess erhalten..
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Im
erfindungsgemäßen Trockner können auch
gleichzeitig eine Wärmepumpe und ein Luft-Luft-Wärmetauscher
eingesetzt werden. Beispielweise kann ein Luft-Luft-Wärmetauscher
im Abluftkanal zwischen der Abzweigung des Umluftkanals und dem
Verdampfer der Wärmepumpe angeordnet sein.
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Der
Umluftkanal ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass er eine Abzweigung
von 30 Vol.-% bis 50 Vol.-% eines Prozessluftstroms im Prozessluftkanal nach
dem Ausgang aus der Trocknungskammer gestattet.
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Durch
die Verwendung eines Umluftkanals bzw. die Durchleitung der heißen,
mit Feuchtigkeit beladenen Umluft durch den Umluftkanal zur Heizung
wird zwar im Allgemeinen die Lufttemperatur vor der Heizung angehoben.
Aufgrund des vergrößerten Luftstroms über
die Heizung wirkt sich dies jedoch auf die Temperatur der Prozessluft
nach der Heizung nicht übermäßig aus,
so dass die Trommeleintrittstemperatur im zulässigen Bereich
bleiben kann. Zur Einstellung von gewünschten Werten für die
Trommeleintrittstemperatur und die Trommelaustrittstemperatur kann
der Luftstrom der Abluft, der Umluft und/oder der Zuluft geeignet
geregelt werden, beispielsweise durch Verwendung einer ersten steuerbaren
Verschlussvorrichtung im Umluftkanal und/oder einer zweiten steuerbaren
Verschlussvorrichtung am Zulufteingang.
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Insbesondere
kann zur Beschleunigung der Aufheizung der Prozessluft nach dem
Einschalten des Trockners die Menge an Zuluft durch die zweite regelbare
Verschlussvorrichtung im Zuluftkanal so gesteuert werden, dass die
Zufuhr von Zuluft gestoppt wird und nur mit Umluft als Prozessluft
gearbeitet wird.
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Erfindungsgemäß ist
es bevorzugt, wenn Abluft, Zuluft und/oder Kältemittel
jeweils in einem Kreuz- bzw. Gegenstromverfahren durch die entsprechenden
Wärmetauscher geführt werden.
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Da
mit fortschreitendem Trocknungsgrad der im Trockner zu trocknenden
Gegenstände die notwendige Energie für das Trocknen
abnimmt, ist es zweckmäßig, die Heizung entsprechend
zu regeln, d. h. mit fortschreitendem Trocknungsgrad deren Heizleistung
zu vermindern.
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Der
erfindungsgemäße Trockner hat den Vorteil, dass
er eine vergleichsweise hohe Trommelaustrittstemperatur und damit
einen effizienten Wärmeaustausch in einem nachgeschalteten
Wärmetauscher ermöglicht.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen. Die Ausführungsbeispiele
nebst zugehöriger Beschreibung sind nur als Erläuterung gedacht
und zu verstehen, keinesfalls als Hinweise auf Einschränkungen
des hiermit angestrebten bzw. durch die beigefügten Patentansprüche
definierten Schutzbereiches. Dabei wird Bezug genommen auf die 1 bis 4.
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1 zeigt
einen vertikalen Schnitt durch einen Trockner, der zur Wärmerückgewinnung
bestimmt ist, wobei Einzelheiten bevorzugter Alternativen der enthaltenen
Konfiguration des Prozessluftkanals und des mindestens eines Wärmetauschers
in den nachfolgenden Figuren dargestellt sind; und
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2, 3 und 4 bevorzugte
Alternativen der Konfiguration aus Wärmetauscher und Prozessluftkanal,
wobei die Alternative gemäß 4 eine
Wärmepumpe enthält.
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Der
in 1 dargestellte Trockner 1 weist einen
Prozessluftkanal 2 zur Führung von Prozessluft, mit
welcher Feuchte aus Gegenständen, insbesondere Wäschestücken,
abgeführt werden soll, und eine um eine horizontale Achse
drehbare Trommel 3 als Trocknungskammer 3 auf,
innerhalb welcher Mitnehmer 4 zur Bewegung der zu trocknenden
Gegenstände, während die Trommel 3 sich
dreht, befestigt sind. Die Trommel 3 wird mittels einer
Tür 5 verschlossen, welche Tür 5 auch
zur Abführung der Prozessluft aus der Trommel 3 dient.
In der Tür 5 befindet sich ein von de rProzessluft
durchströmbarer Flusenfilter 6 zum Aufnehmen von
Flusen, das sind kleine, lose Fasern, welche beim Bewegen der zu
trocknenden Gegenstände in der Trommel 3 entstehen und
von der Prozessluft aus dieser abgeführt werden. An der
Tür ist die Trommel 3 geöffnet und in
einem Lager 7 auf einem aus Filz bestehenden Gleitstreifen 8 gelagert.
Am diesem Lager 7 abgewandeten Boden, welcher zum Einlassen
der Prozessluft gelocht ist, ist die Trommel 3 ebenfalls
in bekannter Weise gelagert, was vorliegend der Einfachheit halber
nicht dargestellt ist.
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Die
Steuerung des Trockners 1 erfolgt über eine Steuereinrichtung 10,
die mit allen steuerbaren Komponenten des Trockners 1 verbunden
ist und von einem Benutzer über eine Bedieneinheit 9 bedienbar
ist.
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Prozessluft
wird mittels eines Gebläses 12 (vgl. 2 bis 4) über
eine Heizung 11 in dem Prozessluftkanal 2 durch
die Trommel 3 geführt. Dem Prozessluftkanal 2 wird über
einen Zulufteingang 15 Raumluft zugeführt, bzw.
diese wird durch das Gebläse 12 angesaugt. Nach
Durchgang durch die Trommel 3 wird die feuchte, warme Prozessluft
durch eine Abluftöffnung 16 wieder aus dem Trockner 1 entlassen.
Einzelheiten des Prozessluftkanals 2 und der diesem zugeordneten
funktionellen Elemente sind nachfolgend anhand der Beispiele der 2 bis 4 beschrieben,
wobei sich die dort dargestellten Konfigurationen jeweils in die
Konfiguration der 1 an den Elementen A, B, 15 und 16 einfügen, wobei
die Prozessluft im Betrieb des Trockners 1 an jedem diese
Elemente in Richtung des dort jeweils dargestellten Pfeils strömt.
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Gemäß 1 strömt
die Prozessluft im Prozessluftkanal hinter der Trommel 3 dem
Gebläse 12 zu, weshalb die Konfiguration bzw.
das System gemäß 2 als „saugendes
System" bezeichnet werden kann. Hinter dem Gebläse 12 wird
die Prozessluft in einen Umluftstrom und einen Abluftstrom aufgespalten,
wobei der Umluftstrom durch einen in einem Umluftkanal 14 wieder
vor die Trommel 3 gelangt (insoweit arbeitet der Trockner 1 als
Umlufttrockner) und der Abluftstrom zum Abluftausgang 16 gelangt
und den Trockner 1 verlässt. Vor dem Abluftausgang 16 befindet
sich ein Luft-Luft-Wärmetauscher 13, in dem die
Prozessluft (hier: Abluft) abgekühlt und nach Kondensation
der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit zum Abluftausgang 16 geführt
wird. Anfallendes Kondensat wird in bekannter Weise von der Prozessluft
getrennt und in einem Auffangbehälter 17 zur späteren
Entsorgung gesammelt.
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Die
der zum Abluftausgang 16 strömenden Prozessluft
entzogene Wärme gelangt über den Wärmetauscher 13 in
die durch den Zulufteingang 15 eingeströmte Prozessluft
und heizt diese auf. Gewissermaßen kreuzt der Prozessluftkanal 2 sich
selbst im Wärmetauscher 13. So wird Wärme,
die einmal zur Abführung von Feuchte genutzt wurde, zurückgewonnen
und kommt dem Trocknungsprozess erneut zugute.
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Auch
die Abzweigung des Umluftstroms von der Prozessluft und dessen Rückführung
zur Trommel 3 kommt dem Trocknungsprozess zugute, da die im
Umluftstrom enthaltene fühlbare Wärme wieder zur
Trommel 3 gelangt. Über ein Ventil 23,
welches als Klappe oder Klappensystem ausgeführt sein kann und über
die Steuereinrichtung 10 steuerbar ist (angedeutet durch
einen Pfeil), kann der Umluftstrom geregelt werden.
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Auch
direkt hinter dem Zulufteingang 15 befindet sich ein Ventil 18,
ausgeführt insbesondere als Klappe oder Klappensystem und
ebenfalls steuerbar über die Steuereinrichtung 10,
vgl. Pfeil. Auch dieses Ventil 18 kann zur Steuerung des
Flusses von Prozessluft im Prozessluftkanal 2 dienen. Insbesondere ist
es möglich, die Prozessluft in dem Prozessluftkanal 2 durch
Schließen dieses Ventils 18 zeitweise vollständig
zirkulieren zu lassen; dies ist beispielsweise zum Aufheizen des
Trockners 1 unmittelbar nach einer Inbetriebsetzung von
Vorteil.
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Die
Konfiguration der 3 unterscheidet sich von der
Konfiguration der 2 dadurch, dass der Umluftkanal 14 nicht
vor, sondern hinter dem Wärmetauscher 13 vom Prozessluftkanal 2 abzweigt. Diese Änderung
hat auf die Rückgewinnung von Wärme über
den Umluftstrom nur geringen Einfluss. Außerdem sind die
Ventile 18 und 23 nicht dargestellt. Allerdings
kann diese Konfiguration als echter Kondensationstrockner 1 fungieren,
wenn ein entsprechend 1 vorgesehenes Ventil 18 vollständig geschlossen
wird.
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Die
in 4 gezeigte Konfiguration unterscheidet sich von
den Konfigurationen gemäß 2 und 3 durch
die Verwendung einer Wärmepumpe 19, 20, 21, 22, 24 anstelle
eines Luft-Luft-Wärmetauschers 13. Die Wärmepumpe 19, 20, 21, 22, 24 umfasst
einen Verdampfer 19 zum Verdampfen eines flüssig
zugeführten Arbeitsmittels, einen Verflüssiger 20 zum
Verflüssigen des dampfförmig zugeführten Arbeitsmittels,
einen Kompressor 21 zum Komprimieren des verdampften Arbeitsmittels,
eine Drossel 22 zum Herabsetzen des Drucks in dem flüssig
zugeführten Arbeitsmittel sowie einen Arbeitskanal 24 zum
Zirkulieren des Arbeitsmittels. Als Arbeitsmittel kommen insbesondere
die für Kälte- oder Klimaanwendungen bekannten
Arbeitsmittel, insbesondere Fluorkohlenwasserstoffe, in Betracht.
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In
der Konfiguration gemäß 4 wird die warme,
mit Feuchtigkeit beladene Prozessluft hinter der Trommel 3 in
den Verdampfer 19 geleitet. Die dort unter Verdampfung
des Arbeitsmittels abgekühlte Prozessluft wird über
den Abluftausgang 16 aus dem Trockner 1 abgeführt.
Das im Verdampfer 19 verdampfte Arbeitsmittel wird im Kompressor 21 komprimiert
und zum Verflüssiger 20 geleitet. Im Verflüssiger 20 verflüssigt
sich das Arbeitsmittel unter Wärmeabgabe an die vorn Zulufteingang 15 anströmende Prozessluft.
Das nun in flüssiger Form vorliegende Arbeitsmittel wird über
die Drossel 22 wiederum zum Verdampfer 19 geleitet,
wodurch ein Arbeitsmittelkreis geschlossen ist.
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Dem
erhöhten Aufwand einer Wärmepumpe 19, 20, 21, 22, 24 steht
ein erhöhter Nutzen gegenüber, wobei dieser darin
besteht, dass der Entzug von Wärme aus der Prozessluft
hinter der Trommel und die Zuführung von Wärme
zu dieser vor der Trommel auf unterschiedlichen Temperaturniveaus
erfolgen können. Dabei ist eine bessere und flexiblere
Anpassung der Betriebsbedingungen des Trockners 1 möglich,
und kann die Rückgewinnung von Energie für den
Trocknungsprozess optimiert werden.
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Das
Gebläse 12 ist in der Konfiguration gemäß 4 vor
der Trommel 3, hinter der Einmündung des Umluftkanals 14 in
den Prozessluftkanal 2, angeordnet. Deshalb drückt
es die Prozessluft durch die Trommel 3 und den dieser folgenden
Verdampfer 19 bzw. Umluftkanal 14; diese Konfiguration
bzw. dieses System kann deshalb als „Drückendes
System" bezeichnet werden.
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In
jedem Ausführungsbeispiel wird der Anteil des Umluftstroms
am Prozessluftstrom vorzugsweise auf 30 Vol.-% bis 50 Vol.-% bemessen,
um das angestrebte Ziel einer Erhöhung der Temperatur der
Prozessluft in der Trommel 3 bei gegebener thermischer Leistung
der Heizung 11 zu erreichen. Dies bedeutet, dass bei gegebener
Heizleistung ein schnelleres Trocknen und dementsprechend ein verringerter
Energieeinsatz erreichbar sind. Dies ist für einen alternativ
kann, wenn eine gegebenen Temperatur nicht überschritten
werden soll, der Eintrag von Energie über die Heizung reduziert
und damit ebenfalls ein verringerter Energieeintrag erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0467188
B1 [0002]
- - WO 2006/029953 A1 [0002]
- - DE 3000865 A1 [0005]
- - DE 4023000 C2 [0006]
- - DE 19737075 A1 [0007]