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Die
Erfindung betrifft Einrichtungen zur Energierückgewinnung
aus der Abluft gewerblicher Trockengeräte und das Energierückgewinnungsverfahren.
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Trockenverfahren
sind bekanntermaßen energieaufwendig, da sie bei erhöhter
Temperatur ausgeführt werden und dazu erhebliche Mengen
Energie zugeführt werden müssen. Während
und nach der Trocknung gehen diese Energiemengen gewöhnlich als
Abwärme verloren. Dies betrifft im besonderen Maße
auch Trockenverfahren, die in Wäschereien, in der Textilindustrie
und anderswo mit Eizweckgeraten ohne Energierückgewinnung
ausgeführt werden. Diese Situation ist bekannt und hat
zu einer Reihe von Vorschlägen zur Energieeinsparung geführt.
In
DD 264 723 A1 ist
vorgeschlagen, bereits vorhandene heiße Gase einer gasbetriebenen
Heizungsanlage Trockengeräten in Wäschereien zuzuführen
und auf diese Weise zusätzlichen Energieaufwand für das
Erwärmen der den Trockengeräten zuzuführenden
Luft zu vermeiden. Da Heizungsanlagen gewöhnlich energiesparend
im Niedertemperaturbereich mit Abgastemperaturen von höchstens
60°C betrieben werden, ist ein solches Verfahren heute kaum
noch anwendbar. Daneben kann nicht jedem Trockengerät Abgas
einer Heizungsanlage zugeführt werden, wenn bauliche Voraussetzungen
ein Zuführen von Abgas unmöglich machen. Ferner
bestehen auch Vorbehalte aus hygienischen Gründen. Nach
DD 241 095 A1 soll
heiße Abluft einer Wäschemangel durch ein Wärmerückgewinnungsgerät
soweit abgekühlt werden, dass sie als Zuluft von Wäschetrocknern
geeignet ist. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass es nur dann
zu Energieeinsparungen führen kann, wenn Heißmangeln
im Betrieb sind. Für die Nutzung der Abwärme des
Wäschetrockners wird bei diesem Verfahren kein Vorschlag
gemacht.
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Nach
einem Vorschlag in
KR
10 2002 009 0872 A soll eine Wasch- und Trockenmaschine
mit einem wassergekühlten Wärmetauscher ausgestattet
sein, in dem mit Frischwasser die zirkulierende Trocknerluft gekühlt
und gleichzeitig entfeuchtet werden kann. Der Schwerpunkt der zu
lösenden Aufgabe liegt bei der Entfeuchtung der Luft.
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Es
sind bereits Vorschläge gemacht worden, auch bei Trocknungsprozessen
mit industriemäßig eingesetzten Trockengeräten
eine Energierückgewinnung zu erreichen. So soll nach
DE 31 34 506 A1 der
Ausgang einer Trockenanlage mit deren Eingang durch ein Wärmerohr
verbunden sein, sodass die erwärmte Abluft ihre Energie
an das Wärmerohr abgibt und dieses wiederum die Zuluft
erwärmt. Diese Art der Wärmerückgewinnung
kann nur funktionieren, wenn Abluft und Zuluft annähernd
gleichzeitig auftreten. Eine Energiespeicherung ist weder vorgesehen noch
möglich.
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Nach
EP 0 777 998 A1 soll
ein geschlossenes System eines Haushaltwäschetrockners
je einen Absorber und einen Verdampfer aufweisen, die im geschlossenen
Kreislauf arbeitend der Energierückgewinnung und Erwärmung
des Betriebsmediums dienen sollen. Danach soll während
des Trocknungsprozesses ein Energiekreislauf im Gerät stattfinden, wobei
allerdings 60°C heißes Wasser als ungenutztes
Abwasser abgeführt wird und im Übrigen nichts zur
Behandlung der im Trockner befindlichen Luft gesagt ist.
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Die
oben aufgeführten Vorschläge sind entweder auf
bestimmte örtliche Verhältnisse ausgerichtet oder
beziehen sich auf eine Gesamtanordnung, wie sie in den so genannten
Haushaltswäschetrocknern vorliegt. Gewerbliche Trockner
sind jedoch regelmäßig Einzweckgeräte,
die große Mengen Trockengut aufnehmen, denen Heizenergie
zugeführt werden muss und bei denen Zu- bzw. Abluft keiner Vor-
oder Nachbehandlung unterzogen werden.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und die zur Durchführung
des Verfahrens erforderliche Einrichtung vorzuschlagen, die es ermöglicht,
ohne großen technischen, baulichen und Kostenaufwand übliche
gewerbliche Trockner mit einer Wärmerückgewinnungsanlage
auszustatten und die im Trockner aufgewendete Heizenergie weitgehend
zurückzugewinnen, diese zu speichern und für weitere
Verwendungen zur Verfügung zu stellen.
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Das
Wesen der Erfindung besteht, für die Anordnung in den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1, für das
Verfahren in den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches
9 und für die Verwendung in den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruches 12, jeweils in Verbindung mit den Merkmalen
des Oberbegriffs des betreffenden Patentanspruches. Nachgeordnete
und Unteransprüche ergänzen das Wesen der Erfindung
im Hinblick auf bestimmte Ausgestaltungsformen des Verfahrens, der Anordnung
sowie deren Verwendung. Ausführungsbeispiele und Zeichnungen
geben am Anmeldetag bevorzugte Ausführungsformen wieder
und beschränken die Erfindung nicht.
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Die
Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Verfahren zur Energierückgewinnung
aus der Abluft von Trockengeräten nur dann dauerhaft wirksam
sein kann, wenn die zurückgewonnene Wärme gespeichert
und bei Bedarf wieder abgerufen werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt
dies durch die Zuordnung eines Wärmetauschers und eines Warmwasserspeichers
zum Trockner.
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Nach
der Erfindung wird in der Abluftleitung eines Trockengerätes
ein Wärmetauscher angeordnet, der einen geringen Durchgangswiderstand
für die Abluft bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad bei der
Energieübertragung hat und primärseitig durch erwärmte
und feuchtebelastete Abluft beaufschlagt, sekundärseitig
mit einem Kühlmittelkreislauf verbunden ist. Im Sekundärkreislauf
sind ein Warmwasserspeicher sowie eine Umwälzpumpenanordnung
vorhanden. Der Warmwasserspeicher ist ferner mit einem Wasserversorgungsnetz
verbindbar.
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Wird
das Trockengerät betrieben, saugt es zunächst
am Aufstellungsort Umgebungsluft mit einer Temperatur auf einem
Niveau zwischen 10°C und 30°C an. Für
die Durchführung des Trocknungsvorganges muss die angesaugte
Luft auf wenigstens etwa 40°C erwärmt werden,
wobei dies mit einer im Trockengerät integrierten Heizung
erfolgt. Die erwärmte Luft wird beim Trocknungsvorgang
mit Feuchtigkeit angereichert und die feuchtigkeitsbeladene Luft über
eine Abluftleitung entfernt. Dabei durchströmt sie den
Wärmetauscher und gibt ihre Wärmeenergie an ein
sekundärseitig zirkulierendes Medium ab, das dadurch auf
eine höhere Temperatur erwärmt wird. Im Wärmetauscher
kondensiert zugleich Wasser aus der Abluft, sodass diese mit einem abgesenkten
Temperaturniveau und niedrigerem Feuchtigkeitsgehalt wieder abgegeben
wird. Dadurch kann vermieden werden, dass aus der Abluftleitung
des Trockners ins Freie strömende Abluft in der Umgebung
der Austrittsöffnung zu Feuchtigkeitsniederschlägen
und in deren Folge zu Bauschäden führt.
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Die
oben beschriebene Anordnung kann weiter optimiert werden. So kann
das im Wärmetauscher zirkulierende Medium Wasser sein und
der Warmwasserspeicher ist zugleich in einfacher Weise als Warmwasserbehälter
ohne integrierten zweiten Wärmetauscher ausgelegt. Auf
diese Weise werden Umwandlungsverluste durch den sonst notwendigen zweiten
Wärmetauscher vermieden.
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Das
gespeicherte erwärmte Wasser kann für andere Zwecke,
die nichts mit dem Trocknungsvorgang zu tun haben müssen,
verwendet werden. Gegebenenfalls kann bei nicht ausreichender Temperatur
ein Nachheizen erforderlich sein. Geeignete Abnehmer können
beispielsweise Heizungsanlagen, Warmwasserversorgungssysteme in
Gebäuden, Wascheinrichtungen im Sinne von Geräten
oder dergleichen sein.
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Wird
die Einrichtung so ausgestaltet, dass dem Warmwasserspeicher im
Verhältnis zu dessen Größe ein beträchtlicher
Teil des Warmwassers entzogen wird, kann der Verlust durch Leitungswasser, das
gewöhnlich mit einer Temperatur zwischen 4°C–10°C
eingespeist wird, ergänzt werden. Erfolgt das Einspeisen
unmittelbar am Wärmetauscher, vergrößert
sich dabei die Temperaturdifferenz zwischen Abluft und Kreislaufwasser
mit der Folge, dass sich der Umwandlungswirkungsgrad des Wärmetauschers
verbessert.
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Eine
weitere Optimierungsmöglichkeit besteht darin, das primärseitig
im Wärmetauscher entstehende Kondenswasser ebenfalls dem
Warmwasserspeicher zuzuführen und auch dessen Energie zu nutzen.
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Die
vorgenannten Möglichkeiten lassen sich auch miteinander
kombinieren, indem die abgekühlte und entfeuchtete Abluft
dem Trockengerät wieder zugeführt wird und dabei
die aus der Abluft gewonnene Wärmeenergie über
einen zweiten Wärmetauscher zumindest teilweise zur Temperaturerhöhung
der Zuluft eingesetzt wird, sodass die im Trockengerät
integrierte Heizung wesentlich entlastet werden kann.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Einrichtung nutzt
die bei gewerblich genutzten Trocknern vorhandenen Unterschränke
oder -gestelle zum Einbau des Wärmetauschers und gegebenenfalls
weiterer Komponenten. Im vorhandenen Unterschrank oder auch durch
Schaffung eines neuen Untergestells wird der Wärmetauscher
so angeordnet, dass er über eine Luftleitung mit dem Abluftstutzen
des Trockners verbunden ist. Nach Durchströmen des Wärmetauschers
kann die entfeuchtete und abgekühlte Abluft entweder in
die Umgebungsluft, ins Freie oder zurück in den Trockner
geleitet werden. Ebenso kann die Umwälzpumpe für
das Kühlmedium und gegebenenfalls zur Anordnung gehörende
Steuergeräte in den Unterschrank integriert werden. Über zwei
Leitungen wird dieser Teil der Anordnung dann mit dem Warmwasserspeicher
verbunden, wobei dieser nicht notwendig unmittelbar in der Nähe
des Trockners aufgestellt sein muss. Diese Anordnung ist bei beengten
räumlichen Verhältnissen vorteilhaft. Besondere
Vorteile hat diese Anordnung bei Trockengeräten, deren
Abluftstutzen nach unten geführt ist.
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In ähnlicher
Weise kann eine Anordnung, bestehend aus einem Wärmetauscher,
einer Umwälzpumpe für das Kühlmedium
und gegebenenfalls zur Anordnung gehörende Steuergeräte
in einem gesonderten Schrank oder Gestell über dem Trockengerät angeordnet
werden. Die Ausführungsart ist dabei im besonderen abhängig
von den räumlichen Verhältnissen am Aufstellungsort
des Trockengerätes und dem Trockengerät selbst.
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Eine
weitere Ausführungsform der Wärmerückgewinnungsanlage
besteht darin, diese oder einzelne ihrer Komponenten über
dem Trockengerät an der Geschossdecke anzuordnen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass
einer aus dem Trockner austretenden Wärmemenge Q5 mit Hilfe eines Wärmetauschers eine
nutzbare Wärmemenge Q7 entzogen
wird. Diese Wärmemenge wird über das Medium zu
einem Warmwasserbehälter transportiert und geht dort in die
Gesamtwärmemenge Q8, die im Speicher
vorhanden ist, ein.
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Eine
Ausgestaltungsform des Verfahrens kann darin bestehen, dass aus
Kondensat im Wärmetauscher eine zusätzliche Wärmemenge
Q6 gewonnen werden kann, die gleichfalls
dem Warmwasserspeicher zugeführt werden kann.
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Eine
weitere Ausgestaltungsform des Verfahrens besteht darin, dass aus
der Wärmemenge Q8 im Warmwasserspeicher
eine Wärmemenge Q9 entnommen wird,
die zum Erwärmen der Zuluft des Trockners eingesetzt wird.
Die im Trockner integrierte Heizung kann dabei entlastet werden.
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Das
Verfahren ist ferner so ausgestaltet, dass die im Warmwasserspeicher
gespeicherte Wärmemenge Q8 genutzt
wird, um über das entnommene Warmwasser Abnehmer zu speisen,
die zu ihrer Nutzung erwärmtes Wasser benötigen.
Dabei kann eine Zusatzheizung trotzdem erforderlich sein. Bevorzugte
Verwendungen des so ausgestalteten Verfahrens bestehen in Wäschereien
bei der Speisung von Waschgeräten. Ebenso kann das Verfahren
verwendet werden, eine Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
zu speisen. Ebenso, um eine vorhandene Heizungsanlage zu speisen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele
und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine
schematisierte Darstellung des Energieflusses.
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2 Eine
mögliche Anordnung eines zur Durchführung des
Verfahrens geeigneten Trockengerätes.
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3 Eine
weitere mögliche Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens, bei der Komponenten der Anordnung in einem Unterschrank
oder -gestell untergebracht sind.
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Ein
Trockengerät (1) wendet zur Durchführung
des Trockenprozesses eine Wärmemenge Q1 auf.
Diese setzt sich gewöhnlich aus den Wärmemengen
Q2, die dem Energiegehalt angesaugter Umgebungsluft
entspricht, und Q3, die einem notwendigen
Aufwand an Heizenergie entspricht, zusammen. Abzüglich
einer Wärmemenge Q4 die den verfahrens-
und gerätetypischen Verlusten sowie der Restwärme
des Trockengutes entspricht, gibt das Trockengerät in Form
der Abluft eine Wärmemenge Q5 ab.
Diese wird einem Wärmetauscher (2) zugeführt, der
abzüglich einer Wärmemenge Q6 aufgrund
von Umwandlungsverlusten eine Wärmemenge Q7 zurückgewinnen
kann, indem diese Energiemenge auf das Medium Wasser übertragen
wird und als Energiemenge Q8 in einem Warmwasserspeicher
(3) aufgefangen und bereitgehalten wird. Die Wärmemenge Q6 kann dabei zumindest teilweise in Form
von zurückgewonnenem erwärmtem Kondenswasser ebenfalls
wieder der Wärmemenge Q8 zugeführt
werden, sodass sich dieser Verlustanteil nochmals reduzieren lässt.
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Abzüglich
eventueller Verluste im Warmwasserspeicher (3) kann eine
Wärmemenge Q9 wiederum dem Trockengerät
(1) zugeführt werden, wobei diesem ein weiterer
Wärmetauscher (4) vorgeschaltet ist.
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Diese
Anordnung ist durch geeignete Maßnahmen in der Weise zu
optimieren, dass die Wärmemenge Q7 gegenüber
der Summe der Wärmemengen Q2 und
Q3 maximiert wird.
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Abhängig
vom Aufkommen an Warmwasser kann dem Warmwasserspeicher (3)
auch eine Wärmemenge Q10 entnommen
werden, in dem Warmwasser für Heizungs-, Reinigungszwecke
oder zur Speisung von technischen Einrichtungen, die zum Betrieb
Warmwasser benötigen, verwendet werden. Für den
Fall des Einsatzes in einer Wäscherei können so
beispielsweise Waschgeräte mit Warmwasser versorgt werden.
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Eine
beispielhafte Anordnung zeigt 2. Ein Trockengerät
(5), zum Beispiel in der Form eines so genannten Trockenschrankes
oder Trommeltrockners (6) mit einem integrierten Heizgerät
(7) saugt Umgebungsluft an und erwärmt diese im
Heizgerät (7). Über eine Leitung (8)
wird die erwärmte Luft der Trockentrommel (6)
zugeführt. Nach einer durch das Trockengerät (5)
bestimmten Verweildauer wird die erwärmte und nun feuchtebeladene
Luft über eine Abluftleitung (9) einem Wärmetauscher
(10) zugeführt. Im Wärmetauscher (10)
wird durch das Medium Wasser, welches über die Leitungen
(11) und (12) mit einem Warmwasserspeicher (13)
verbunden ist, erwärmt, wobei sich während des
Betriebes abhängig von der Temperatur der Abluft ein Gleichgewichtszustand
einstellt. Eine Umwälzpumpe (14) bewegt dabei
das Wasser im Kreislauf, sodass dem Wärmetauscher (10)
stets Kreislaufwasser mit geringerer Temperatur zugeführt
wird.
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Dem
Warmwasserspeicher (13) kann über einen Entnahmeanschluss
(15) erwärmtes Wasser entnommen und für
verschiedene Zwecke, wie beispielhaft oben beschrieben, eingesetzt
werden. Eine Möglichkeit ist dabei die Zuführung
des entnommenen erwärmten Wassers zu einem weiteren Wärmetauscher,
durch den wiederum die angesaugte Umgebungsluft erwärmt
werden kann.
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Über
eine Leitung (16) kann dem Wärmetauscher (10)
erwärmtes Kondensat entnommen und in die Leitung (12)
eingespeist werden, wobei sich der Umwandlungswirkungsgrad nochmals
erhöht.
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Eine
weitere mögliche Anordnung zur Durchführung des
Verfahrens zeigt 3. Dabei sind wesentliche Komponenten
der Anordnung in einem Unterschrank oder -gestell eines gewerblichen
Trockengerätes oder in einem Aufbau über diesem
angeordnet.
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Ein
Trockengerät (17) steht auf einem Unterschrank
oder -gestell (18), wobei Abluft (19) aus dem Trommelgehäuse
(20) über einen Abluftkanal (21) in den
Unterschrank oder -gestell (18) zu einem Wärmetauscher
(22) geleitet wird. Über die Leitungen (23)
und (24) ist der Wärmetauscher (22) mit
einem in 3 nicht dargestellten externen
Warmwasserspeicher verbunden. Die Pumpe (25) dient der
Förderung des Mediums. Im Unterschrank oder -gestell (18)
kann weiterhin eine Steuereinheit (26) untergebracht sein,
die über entsprechende Signal- oder Steuerleitungen (27),
(28) und (29) mit den verschiedenen Komponenten
der Anordnung verbunden ist, Messwerte erfasst und nach Auswertung
Steuerungsinformationen bzw. -befehle für den Betrieb der Anordnung
erzeugt. Die oben beschriebene Anordnung kann auch in einem Aufbau
(30) über dem Trockengerät (17)
angeordnet werden. Dabei kann der Aufbau (30) als Aufsatzschrank
zum Trockengerät (17), als Überbau zum
Trockengerät (17) oder auch in Deckenmontage über
dem Trockengerät (17) ausgeführt sein.
Die Art der Ausführung ist dabei weitgehend von den räumlichen
Verhältnissen am Aufstellungsort des Trockengerätes
(17) und von den technischen Voraussetzungen des Trockengerätes
(17) abhängig und kann entsprechend variiert werden.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verfolgen das Ziel,
bisher stets vorhandene Energieverluste durch abgeführte
Abluft eines Trockengerätes, vorzugsweise der so genannten
Trockenschränke in Wäschereien, weitgehend zurückzugewinnen
und in Form von Warmwasser zu speichern, da Wasser als geeignetstes
Medium für eine Langzeitspeicherung anzusehen ist und es
darüber hinaus für ein breites Spektrum von Verwendungsmöglichkeiten
zur Verfügung steht. In entsprechenden Versuchen konnte
erreicht werden, dass mit einer geeigneten Anordnung aus einem Warmwasserspeicher
und einem Wärmetauscher in der Abluftleitung eines Trockengerätes,
wie es in Wäschereien eingesetzt wird, die Ablufttemperatur
von 40°C abgesenkt werden konnte, während gleichzeitig
die Temperatur des Flüssigkeitskreislaufs von anfangs 9°C auf
23°C anstieg. Die sich aus der genannten Temperaturdifferenz
und der Abluftmenge ergebende Wärmemenge konnte zurückgewonnen
werden. Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens und der dazu gehörenden Anordnung steigert sich mit
der Temperaturdifferenz, das heißt, mit steigenden Abluft-
und niedrigeren Flüssigkeitstemperaturen.
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Die
Erfindung hat also den Vorteil, dass ein großer Teil der
bisher als Verlustwärme in Form von Abluft an gewerblichen
Trockengeräten in Wäschereien auftretenden Energiemengen,
zurückgewonnen und in Form von Warmwasser für
vielfältige Verwendungszwecke eingeschlossen die Vorwärmung von
Zuluft der Trockengeräte eingesetzt werden kann.
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- 1
- Trockengerät
- 2
- Wärmetauscher
- 3
- Warmwasserspeicher
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Trockengerät
- 6
- Trockentrommel
- 7
- Heizgerät
- 8
- Leitung
- 9
- Abluftleitung
- 10
- Wärmetauscher
- 11
- Leitung
- 12
- Leitung
- 13
- Warmwasserspeicher
- 14
- Umwälzpumpe
- 15
- Entnahmeanschluss
- 16
- Leitung
- 17
- Trockengerät
- 18
- Unterschrank
oder -gestell
- 19
- Abluft
- 20
- Trommelgehäuse
- 21
- Abluftkanal
- 22
- Wärmetauscher
- 23
- Leitung
- 24
- Leitung
- 25
- Pumpe
- 26
- Steuereinheit
- 27
- Signal-
oder Steuerleitung
- 28
- Signal-
oder Steuerleitung
- 29
- Signal-
oder Steuerleitung
- 30
- Aufbau
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DD 264723
A1 [0002]
- - DD 241095 A1 [0002]
- - KR 1020020090872 A [0003]
- - DE 3134506 A1 [0004]
- - EP 0777998 A1 [0005]