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Die Erfindung betrifft Verfahren zum Regenerieren eines festen Sorptionsmittels, das aus einem Luftstrom Feuchtigkeit aufnimmt und in einem darauffolgenden Prozessschritt selbst getrocknet (regeneriert) wird. Um das Sorptionsmittel zu trocknen muss dessen Temperatur stark erhöht werden. Dies erfolgt gewöhnlich durch Wärmezufuhr im Heißluftstrom. Der Vorgang wird auch als Desorption bezeichnet, während die Wiederaufnahme von Feuchtigkeit Sorption oder bei festen Stoffen auch Adsorption genannt wird.
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Trockner zählen zu den energieintensiven technischen Vorrichtungen. Bei Haushaltsgeräten erreichen selbst gute Kondensationstrockner nur die Energieeffizienzklasse B. Für die Einteilung in die Energieeffizienzklasse A sind zusätzliche Energierückgewinnungsmaßnahmen notwendig.
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Die
DE 10 2005 062 941 A1 ,
DE 10 2005 062 942 A1 und
DE 10 2005 062 943 A1 schlagen zu diesem Zweck den Einsatz von geschlossenen arbeitenden Adsorptionsapparaten vor, die einen Teil der Kondensationswärme auf ein höheres Temperaturniveau abheben. Ein Teil der zur Verdunstung notwendigen Heizwärme kann dadurch eingespart werden. Die geschlossen arbeitenden Adsorptionsapparate sind technisch aufwändig und benötigen einen inneren Wärmeaustausch um ökonomisch eingesetzt werden zu können.
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Die
DE 10 2005 004 095 A1 betrifft eine Geschirrspülmaschine mit einem Sorptionsmittel, das während eines Teilprogrammschrittes mittels heißer Luft regeneriert wird. Die heiße Luft wird über ein elektrisches Heizelement erhitzt, das bevorzugt in dem Sorptionsmittel oder in der Leitung zum Sorptionsmittel angeordnet ist.
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Eine ähnliche Anordnung ist aus der
EP 0 358 279 B1 bekannt. Die elektrischen Heizelemente erreichen dabei Oberflächentemperaturen bis zu 250°C. Die Ein- und Auslassöffnungen des Trockenbehälters können diagonal gegenüberliegend angeordnet sein, damit sich eine gleichmäßige Durchströmung des Trockenbehälters ergibt.
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Die Druckschrift
CH 685 428 A5 beschreibt ein Verfahren zum Erzeugen eines Trockengasstroms mittels zweier Adsorbereinheiten, deren Ausgänge strömungsmäßig unmittelbar miteinander verbunden sind. Auch hier dient ein Gasstrom zum Regenerieren der Sorptionsmittel. Der Gasstrom wird über Heizlamellen erhitzt, die unmittelbar im Trockenmittelbett der jeweiligen Adsorbereinheiten untergebracht sind.
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In der
DE 36 26 887 A1 wird eine Entfeuchtungseinrichtung für einen Wäschetrockner vorgestellt, die einen offenen Adsorptionsprozess enthält. Zum Trocknen des Sorptionsmittels muss heiße Luft durch die Schüttung geleitet werden. Die aus dem Adsorptionsmittel ausströmende Luft trägt neben der desorbierten Feuchte auch einen erheblichen Anteil der durch die heiße Luft eingebrachten Wärme aus dem System mit aus. Eine Energieeinsparung erscheint damit nicht möglich.
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Bei Luftentfeuchtern sind vielfach geschlossene arbeitende Kompressionskälteprozesse im Einsatz, die aus dem feuchten Zuluftstrom im Verdampfer die Feuchte auskondensieren und die Prozesswärme im Kondensator dem Abluftstrom wieder zuführen. Mit diesen Kompressionskälteprozessen erreichen Wäschetrockner die Energieeffizienzklasse A. Der Einsatz ist jedoch teuer und deshalb für viele Einsatzzwecke nicht wirtschaftlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regenerieren eines festen Sorptionsmittels anzugeben, mit welchem der Energieverbrauch eines entsprechenden Sorptions-Trockners reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
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Gegenüber dem Stand der Technik wird der aus dem Sorptionsmittel desorbierte Wasserdampf nicht einfach nur an die Umgebung abgegeben, sondern dadurch genutzt, dass er auf einem höheren Temperaturniveau auskondensiert und die dabei frei werdende Kondensationswärme innerhalb des Prozesses zur Erwärmung genutzt wird.
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Möglich ist dies erfindungsgemäß dadurch, dass das fest Sorptionsmittel innerhalb einer Umhausung aufgeheizt wird und dass der desorbierte Wasserdampf auf so hohem Druckniveau desorbiert, dass er bei Temperaturen über 40°C und im extremen Fall sogar bei bis zu 100°C seine Kondensationswärme abgeben kann. Diese hohen Kondensationstemperaturen werden dann erreicht, wenn die Erhitzung des Sorptionsmittels mit nur wenig, im extremen Fall vollkommen ohne Luftströmung erfolgt.
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Im letzteren Fall kann das Sorptionsmittel nicht im Luftstrom sondern nur über heiße Heizflächen, also rein statisch aufgeheizt werden. Der desorbierte Wasserdampf kann dann unter dem jeweiligen Umgebungsdruck aus dem Sorptionsmittel abströmen. Der Dampfdruck des desorbierte Wasserdampfes ist somit gleich dem Umgebungsluftdruck. Der abströmende Wasserdampf wird an allen Gegenständen, die kälter als seine Kondensationstemperatur sind, auskondensieren und die Gegenstände erwärmen.
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Zunächst werden also immer die nächstgelegenen Umhausungsflächen bis auf die Kondensationstemperatur erhitzt. Bei weiter anhaltender Wärmezufuhr in das Sorptionsmittel wird der desorbierte Wasserdampf dann mit Umgebungsdruck zu weiteren Gegenständen innerhalb der Umhausung strömen, diese Aufheizen und wenn keine weiteren Kondensationsflächen vorhanden sind, durch Öffnungen auch die Umhausung verlassen und außerhalb an kälteren Flächen auskondensieren.
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Unter hohen Wasserdampfdrücken und gleichzeitig hohen Temperaturen sind nur wenige Sorptionsmittel stabil. Außer Zeolith kann kein Sorptionsmittel periodisch diesen starken hydrothermalen Zersetzungsbedingungen ausgesetzt werden. Erfindungsgemäß wird Zeolith vom Typ Y verwendet. Nur dieser ist neben einigen natürlich vorkommenden Zeolitharten unter extremen hydrothermalen Bedingungen stabil. Die häufig zum Einsatz kommenden Zeolithtypen X und A sind weitaus weniger geeignet. Sie wandeln sich unter diesen Bedingungen schnell in inaktive Verbindungen um.
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Zeolithe haben auch bei relativ hohen Temperaturen (über 100°C) noch ein beträchtliches Wasserdampf-Sorptionsvermögen und eignen sich auch deshalb besonders für den erfindungsgemäßen Einsatz.
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Zeolith ist ein kristallenes Mineral, das in einer Gerüststruktur Sizilium- und Aluminiumoxide enthält. Die sehr regelmäßige Gerüststruktur enthält Hohlräume, in welchen Wassermoleküle unter Wärmefreisetzung sorbiert werden können. Innerhalb der Gerüststruktur sind die Wassermoleküle starken Feldkräften ausgesetzt, deren Stärke von der bereits in der Gerüststruktur enthaltenen Wassermenge und der Temperatur des Zeolithen abhängt.
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Wegen dieser starken Bindungskräfte gegenüber Wasser muss ein Y-Zeolith erfindungsgemäß auf 300°C erhitzt werden, um bei einem Wasserdampfpartialdruck von 1000 hPa auf einen Restfeuchtgehalt von unter 7 Massen-% getrocknet zu werden. Erst bei Temperaturen von über 400°C wäre der Zeolith nahezu trocken (ca. 2 Massen-%). Bei 200°C und einem Wasserdampfdruck von 1000 hPa beträgt der Feuchtegehalt noch ca. 16 Massen-%.
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Nach dem Trocknen des Sorptionsmittels ist es abgeschirmt von Feuchtigkeit zu lagern. Eine Lagerung an Luft würde zu einer selbstständigen Wasserdampfaufnahme aus der Umgebungsluft führen.
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Die jeweils zum Einsatz kommende Sorptionsmittel-Menge ist so zu dimensionieren und so anzuordnen, dass für den durchströmenden feuchten Luftstrom nur ein minimaler Druckabfall innerhalb des Sorptionsmittels überwunden werden muss. Zugleich muss aber das Sorptionsmittel dem zuströmenden Luftstrom ausreichend Oberfläche zur Anlagerung bieten.
Um eine gleichmäßige Sorption innerhalb des Sorptionsmittels und gleichzeitig einen geringen Druckabfall zu gewährleisten, haben sich besonders Sorptionsmittel-Granulate bewährt. Granulatdurchmesser zwischen 2 und 6 mm zeigen für die erfindungsgemäßen Verfahren die besten Resultate.
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Vorteilhaft sind auch formbeständige Zeolith-Formkörper, in die bereits die Strömungskanäle eingearbeitet sein können und deren Formgebung der gewünschten Heizflächen-Geometrie angepasst ist. Die stabilen Zeolith-Formkörper können zusätzlich Hohlräume aufweisen, um die Strömung zu beeinflussen.
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In einer ersten, einfachen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens wird das Sorptionsmittel zusammen mit dem zu trocknenden Gegenstand in einer Umhausung eingeschlossen. Wird der Prozessablauf mit der Desorptionsphase begonnen, wird erfindungsgemäß das Sorptionsmittel erhitzt und der Wasserdampf desorbiert. Der Dampf kondensiert daraufhin an den Wänden der Umhausung und schließlich auch an dem (später) zu trocknenden Gegenstand aus. Der Gegenstand kann dabei bis zu 100°C heiß werden. In vielen Fällen ist dies von Vorteil, insbesondere dann, wenn der Gegenstand vor dem (späteren) Trocknungsprozess einem Reinigungsprozess unterzogen wird, bei dem er mit heißem Wasser gespült wird. Insbesondere bei Waschmaschinen und Geschirrspülern ist dies üblich.
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Von Vorteil ist es, wenn das Sorptionsmittel nach der Desorption bis zum Trocknungsprozess, also während des eventuellen Waschprozesses heiß bleibt. Erst mit Beginn des Trocknungsprozesses wird dann mittels reines Gebläses Umluft über die zu trocknenden Gegenstände (Wäsche, Geschirr usw.) und durch das noch heiße Sorptionsmittel geführt. Das trockene Sorptionsmittel nimmt dabei die Feuchte aus der Umluft auf und gibt Wärme wiederum an die Gegenstände ab, die dadurch Wasser von Oberflächen verdampfen und dem Umluftstrom dampfförmig übertragen.
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Auf diese erfindungsgemäße Weise wird somit die gesamte für die Desorption des Wasserdampfes aus dem Sorptionsmittel aufgewandte Wärme für den späteren Reinigungs- und Trocknungsprozess genutzt. Der sonst übliche Energieeinsatz zur Erwärmung der Gegenstände beim Trocknungsprozess und dem vorausgehenden Reinigungsprozess kann entfallen.
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Ein weiterer Vorteil wird dann erzielt, wenn zur Desorption des Sorptionsmittels kein Heißluftgebläse eingesetzt, sondern das Sorptionsmittel rein oder zumindest überwiegend statisch über heiße Heizflächen erhitzt wird. In diesem Fall verfrachtet die vom Heißluftgebläse angesaugte Umluft keine Schmutzpartikel vom schmutzigen Geschirr in das Sorptionsmittel, wo es die Strömungskanäle verstopfen würde bzw. bei hohen Temperaturen verkoken und unerwünschte Gerüche absondern würde.
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Bei einer rein statischen Beheizung des Sorptionsmittels können keine Schmutzpartikel in das Sorptionsmittel verfrachtet werden, da keine Luftströmung in das Sorptionsmittel erfolgt. Ganz im Gegenteil: die Dampfströmung erfolgt aus dem Sorptionsmittel hin zum schmutzigen Gegenstand. Beim späteren Trocknungsprozess, bei dem Umluft gefördert wird, sind eventuelle Schmutzpartikel bereits ausgespült.
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Eine rein statische Desorption des Sorptionsmittels über Heizflächen ist gegenüber der Regeneration über einen Heißluftstrom energieeffizienter, da insbesondere bei strömungsgünstiger Bauweise mit dünnem Sorptionsmittelbett weniger Wärme durch die abströmende Heißluft verloren geht.
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In einem weiteren Anwendungsfall kann bei statischer Aufheizung die Umhausung als Kondensationsfläche genutzt werden, um einen Austrag des Wasserdampfes in die Umgebung zu verhindern.
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Vorteilhaft kann dies bei sorptiven Lufttrocknern eingesetzt werden. Bei diesen soll nach der Trocknung des Aufstellraumes, z.B. eines Badezimmers oder eines feuchten Kellerraumes, der desorbierte Dampf nicht wieder in die Umgebung abgegeben werden. Erfindungsgemäß wird hierzu der desorbierte Dampf gezielt an den Innenwänden der geschlossenen Umhausung auskondensiert. Die Kondensationswärme wird über die Wände nach außen abgeführt, während der Dampf im Innenraum kondensiert. Das Kondensat kann bei entsprechend geformten Wänden an diesen ablaufen und sich in einem Kondensatsammler sammeln. Aus diesem kann es z.B. mechanisch ausgeleert werden oder aber über einen Siphon ins Abwasser abgeleitet werden.
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Vorteilhaft ist diese Methode auch bei reinen Wäschetrocknern, bei denen der Wäschetrocknung kein Reinigungsschritt innerhalb des Geräts vorausgeht, bei der die Kondensationswärme an die zu waschende Schmutzwäsche übertragen werden könnte. In diesem Fall wird das Kondensat innerhalb der Umhausung auskondensiert und in einem Sammler gesammelt. Die Verbindung von der Umhausung zum Sammler kann als eine kleine Öffnung oder als dünne Leitung ausgeführt sein. Eine Rückdiffusion des Kondensats in das Sorptionsmittel wird damit auch bei längeren Prozesspausen verhindert.
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Bei Haushaltswäschetrocknern mit üblichem Fassungsvermögen sind der Wäsche 2 bis 3 kg Feuchtigkeit zu entziehen. Da hierfür über 10 kg Sorptionsmittel notwendig wären, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwei deutlich kleinere Sorptionsmittel-Mengen einzusetzen und diese phasenverschoben zu betreiben. Die Regeneration der Sorptionsmittel-Mengen erfolgt dann während eines gesamten Trocknungsprozesses alle 5 bis 10 min. Während eine Sorptionsmittel-Menge den Umluftstrom trocknet, wird die zweite statisch durch Wärmezufuhr regeneriert. Der aus der zweiten desorbierte Wasserdampf wird in einem speziell dafür geformten Teil der Umhausung kondensiert und die Kondensationswärme an den zu trocknenden Umluftstrom abgegeben. Die Kondensationswärme kann folglich mit dem Umluftstrom als Wärmeübertrager an die noch feuchte Wäsche erfolgen.
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Wenn die gerade im Regenerationsprozess befindliche Sorptionsmittel-Menge ihre Endtemperatur erreicht hat, bzw. wenn die parallel hierzu adsorbierte Sorptionsmittel-Menge ihren Sättigungszustand erreicht hat, wird ein innerer Wärmeaustausch zwischen den beiden Sorptionsmittel-Mengen vollzogen. Hierzu wird ein Klappensystem so umgestellt, dass der feuchte Umluftstrom nunmehr zuerst die heiße Sorptionsmittel-Mengen durchströmt und gleich anschließend die zweite, relativ kalte und relativ gesättigte Sorptionsmittel-Menge bevor er wieder in die Trocknungskammer austritt. In dieser nur einige Sekunden bis Minuten dauernden Zwischenphase wird dem Umluftstrom im heißen Sorptionsmittel Wärme und Feuchte übertragen, die er beim Durchströmen der relativ kalten und relativ gesättigten Sorptionsmittel-Menge an diese überträgt. Die regenerierte Sorptionsmittel-Menge wird hiermit kälter und nochmals trockener während die andere Sorptionsmittel-Menge wärmer und noch weiter beladen wird. Nach diesem inneren Wärmeübergang wird das Klappensystem wieder so gestellt, dass die getrocknete Sorptionsmittel-Menge die Entfeuchtung des Umluftstromes übernimmt, während die andere regeneriert wird und die Kondensationswärme des desorbierten Wasserdampfes an den feuchten Umluftstrom abgibt. Der Umluftstrom wird demzufolge nach vor dem Trocknungsschritt erwärmt.
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Mit diesem erfindungsgemäß0en Verfahren kann der Wäschetrockner mit deutlich weniger Energieaufwand betrieben werden, da der Wasserdampf auf hohem Temperaturniveau seine Kondensationswärme an die zu erwärmende Wäsche abgibt und durch den internen Wärmeausgleich weniger Wärme zur Desorption des Wasserdampfes aufgewandt werden muss.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 Geschirrtrockner mit einem Sorptionsmittel in einer Umhausung,
- 2 einen Geschirrtrockner mit einem statisch aufzuwärmenden Sorptionsmittel,
- 3 einen elektrisch beheizbaren Rohrlammellen-Heizkörper in geschnittener Darstellung,
- 4 einen Wäschetrockner mit einem statisch aufzuwärmenden Sorptionsmittel in stehender Betriebsweise
- 5 den Wäschetrockner nach 4 in liegender Betreibsweise,
- 6 einen klassischen Umluft-Wäschetrockner mit einer Zeolitheinheit und
- 7 die Zeolitheinheit aus 6 in den vier Teilbetriebsphasen
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1 zeigt schematisch einen Geschirrspüler mit einer Umhausung 1 in der das zu waschende und anschließend zu trocknende Geschirr 2 in zwei Etagen gestapelt ist. In einem Seitenast 3 der Umhausung 1 befindet sich eine Sorptionsmittel-Menge 4 mit Y-Zeolith, ein Lüfter 5 und eine elektrische Heizung 6.
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Zu Beginn des Reinigungsprozesses fördert der Lüfter 5 Umluft über die elektrische Heizung 6 und die Sorptionsmitel-Menge 4. Die von der Heizung 6 erhitzte Umluft erhitzt die sorptionsmittel-Menge 4 und desorbiert den beim letzten Trocknungsprozess adsorbierten Wasserdampf. Der desorbierte Dampf wird von der aus der Sorptionsmittel-Menge 4 abströmenden Umluft an das Geschirr 2 weitertransportiert und dort kondensiert. Die Kondensationswärme erwärmt das Geschirr 2 ebenso wie die aus der Sorptionsmittel-Menge 4 ausströmende Umluft.
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Die in dieser Prozessphase heiß ausströmende Umluft reduziert den Wirkungsgrad des Geschirrspülers, da die ausgetragene Wärmemenge nicht zu Desorption des Wasserdampfes eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß kann deshalb die Umluftmenge stark reduziert und die Sorptionsmittel-Temperatur erhöht werden, um den Wasserdampf bei deutlich höheren Partialdruck desorbieren zu können. Um hydrothermale Zersetzungsreaktionen zu verhindern, wird erfindungsgemäß ein Y-Zeolith eingesetzt.
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Nach dem Desorptionsprozess wird das erwärmte Geschirr 2 wie üblich gewaschen und anschließend getrocknet. Beim Trocknungsschritt geht hierbei der Lüfter 5 wieder in Betrieb und fördert feuchte Umluft durch die von der vorausgehenden Desorption noch heiße Sorptionmittel-Menge 4. Diese adsorbiert den Wasserdampf und gibt die Adsorptionswärme und die noch vorhandene fühlbare Wärme an den Umluftstrom weiter. Der Umluftstrom erwärmt damit wieder das noch feuchte Geschirr 2. An diesem noch anhaftendes Wasser verdampft und der Dampf wird wiederum vom Umluftstrom in die Sorptionsmittel-Menge überführt.
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2 zeigt Weiterbildung des Erfindungsgedankens an einem Geschirrspüler obiger Bauart. Die Sorptionsmittel-Menge 4 wird in dieser Ausführung statisch durch einen elektrisch beheizten Rohrlammellentauscher 7 erhitzt. Der Lüfter 5 ist in diesem Fall während der Desorption nicht in Betrieb. Er kann somit auch keine Schmutzpartikel vom Geschirr 2 in das Sorptionsmittel übertragen. Die Sorptionsmittel-Menge 4 gibt auch in diesem Fall beim Erhitzen Wasserdampf ab. Dieser strömt jetzt aber selbstständig zum Geschirr 2 und kondensiert dort. Ein unerwünschter Wärmeaustrag durch den Umluftstrom unterbleibt. Die weiteren Prozessschritte verlaufen analog zum Anwendungsfall nach 1.
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3 zeigt einen elektrisch beheizbaren Rohrlammellen-Heizkörper in geschnittener Darstellung. Auf einem U-förmig gebogenen Rohrheizkörper 9 sind Stahllamellen 10 aufgezogen und durch Feuerverzinkung gut wärmeleitend mit dem Rohrheizkörper 9 verbunden. Zwischen den Stahlamellen 10 sind Y-Zeolith als Kugelgranulat 11 eingefüllt. Es kann durch ein Drahtgitter fixiert sein. Die Schütthöhe des Sorptionsmittels kann typischerweise 2 bis 4 cm betragen. Der Strömungswiderstand kann auf Grund der deutlich kürzeren Durchströmungsstrecke gegenüber einer durch Heißluft regenerierten Schüttung deutlich niedriger gehalten werden.
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In 4 ist eine stehende Sorptions-Trocknungskammer skizziert, die es ermöglicht, Textilien 13 hängend zu trocknen. Die Trocknungskammer 14 hat eine Tür 29 hinter der die feuchten Textilien 13 aufgehängt werden können. Ein Lüfter 15 ist im oberen Teil der Trocknungskammer 14 angeordnet. Sein Motor 16 liegt hier außerhalb der Trocknungskammer 14, um die Motorwärme nicht in die Kammer 14 zu schleusen und um den Motor vor unzulässiger Feuchte zu schützen. Eine Zeolith-Kassette 17 befindet sich im rückwärtigen Teil der Trocknungskammer 14. Sie ist geneigt eingebaut, um Platz zu sparen und dennoch die gesamte Querschnittsfläche optimal vom Umluftstrom durchströmen zu lassen. Auch in diesem Beispiel wird: das in der Zeolith-Kassette 17 eingefüllte Sorptionsmittel statisch über einen elektrischen Rahrlammellenheizkörper beheizt.
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Beim Regenerieren des Sorptionsmittels ist der Lüfter 15 nicht in Betrieb und die Tür 29 geschlossen. Die Temperatur und der Wasserdampfpartialdruck im Zeolith steigen kontinuierlich an, bis der Dampf aus der Zeolith-Kassette 17 abströmen kann. An den inneren Wänden der Trocknungskammer 14 kondensiert der Dampf aus. Die Kondensationswärme wird über die Wände an die Umgebung abgeführt. Das Kondensat sammelt sich unten und kann über eine kleine flexible Kondensatleitung 18 im unteren Teil der Trocknungskammer in einen Kondensatbehälter 19 ablaufen. Das Kondensat 20 wird gesammelt und bei Bedarf entleert. Alle Teile der Trocknungskammer 14 werden bei der Desorption auf bis zu 100°C erwärmt. Restfeuchtigkeit, die nach dem Ende des Desorptionsprozesses noch in der Trocknungskammer 14 vorhanden ist, wird vom abkühlenden Zeolith wieder sorbiert.
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Nachdem sich das Sorptionsmittel wieder abgekühlt hat, steht die Trocknungskammer 14 zum Trocknen von Textilien 13 bereit. Die feucht in die Kammer gehängten Textilien 13 werden bei geschlossener Tür 29 durch den Lüfter 15 erzeugten Umluftstrom getrocknet. Der Lüfter 15 fördert die von einem Leitblech 21 gelenkte Umluft durch die großflächig angelegte Zeolith-Kassette 17. Die Textilie 13 wird von unten nach oben umströmt. In der Zeolith-Kassette 17 wird der Umluftstrom entfeuchtet und zugleich durch die bei der Adsorption frei werdende Adsorptionswärme erwärmt. Der erwärmte und getrocknete Luftstrom nimmt sodann wieder vom feuchten Textil 13 Wasserdampf auf und gibt die Adsorbationswärme an Textilie 13 ab. Da die im Zeolith bei der Wasseranlagerung frei werdende Adsorbationswärme ca. 25 % höher ist, als die zu verdampfung des Wasser aus dem Textil 13 notwendige Verdampfungswärme, verbleibt ein Wärmeüberschuss, der zunächst zur Erwärmung der Zeolith-Menge und der Einbauten dient. Sollte die dabei auftretende Temperaturerhöhung zu hoch sein, kann die Trocknungskammer 14 von außen über einen nicht gezeichneten Luftstrom gekühlt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Trocknung der Textilie 13 bei niedriger Temperatur erfolgen als bei einem konventionellen Kondensationstrockner. So sind Trocknungstemperaturen von unter 40°C realistisch. Der Grund für die niedrigeren Trocknungstemperaturen liegt darin, dass der Feuchtegehalt der aus der Zeolith-Kassette 17 austretenden Umluft deutlich niedriger ist, als der Feuchtegehalt der Umluft am Austritt des Umluftwärmetauschers eines Kondensationstrockners. Dies ist auch der Grund, dass die Entfeuchtungsleistung über 20g/min liegt.
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Für den Endnutzer sollte die Trocknungskammer 14 kippbar ausgeführt werden, damit auch eine liegende Trocknung der Wäsche möglich ist.
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5 zeigt die Sorptions-Trocknungskammer aus 4 in liegender Funktion. Die feuchte und zu trocknende Textilie 22 liegt hier direkt auf der Zeolith-Kassette 17 auf. Das aus 4 bekannte Leitblech 21 ist hierzu entfernt worden. Die aus der Zeolith-Kassette 17 ausströmende Umluft muss deshalb zwangsweise die aufliegende Textilie 22 durchströmen. Die Trocknungszeit wird damit gegenüber der stehenden Betriebsweise nach 4 nochmals verkürzt. Die flexibel konstruierte Kondensabteilung 18 ist geschwenkt worden, so dass das Kondensat 20 während der Regeneration wiederum in den Kondensatbehälter 19 ablaufen kann.
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6 zeigt einen klassischen Umlfut-Wäschetrockner, ergänzt um eine Zeolith-Einheit 30. Ein Umluft-Gebläse 32 fördert trockene Zirkulationsluft 35 in eine drehbare Wäsche-Trommel 3^und saugt sie durch einen Kondensationskühler 33 wieder ab. In der zwischengeschalteten Zeolith-Einheit 30 wird die Zirkulationsluft 35 getrocknet und gleichzeitig erwärmt um dann von oben wieder in die Wäsche-Trommel 31 einzutreten.
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Der konventionell arbeitende Kondensationskühler 33 wird mittels eines äußeren Luftstromes 34 gekühlt. Im Kondensationskühler 33 wird ein Teil der Feuchte aus der Zirkulationsluft 35 auskondensiert. Der weitaus größere Teil wird jedoch in der Zeolith-Einheit 30 der Zirkulationsluft 35 entzogen. Der Kondensationskühler 33 kann demzufolge kleiner ausgeführt sein, als dies bei konventionellen Kondensations-Wäschetrocknern der Fall ist.
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Die Zeolith-Einheit 30 ist mit ihren nacheinander durchlaufenden vier Phasenzuständen in 7 näher beschrieben.
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Sie enthält zwei periodisch versetzt arbeitende Zeolith-Kassetten 36, von denen jede nacheinander phasenversetzt vier aufeinanderfolgende Betriebsphasen (Phase 1...4) durchläuft.
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Die zwei Zeolith-Kassetten 36 sind in zwei mittels Klappen 43, 44 abschließbaren Umhausungen untergebracht. Die flachen Zeolith-Kassetten 36 enthalten je ca. 1 kg Y-Zeolith 37, eingebettet in Lamellenheizrohrregister 38. In dieser Umhausung ist zusätzlich ein Lamellen-Wärmetauscher 39 untergebracht, in den Wasserdampf aus jeweiligen Nachbarumhausung einströmen und kondensieren kann. Das Kondensat 40 tropt in eine (nicht gezeichnete) Kondensatwanne. Die beiden Umhausungen sind über eine untere Zuluftleitung 41 und eine oben abgehende Abluftleitung 42 mittels einer unteren Klappe 43 und einer oberen Klappe 44 an die Wäsche-Trommel 31 gemäß 6 angeschlossen.
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Bei der Klappenstellung gemäß Phase 1 durchströmt die Zirkulationsluft 35 in der linken Umhausung die linke Zeolith-Kassette 36 nachdem sie vom linken Lamellen-Wärmetauscher 39 Wärme aufgenommen hat. In der linken Zeolith-Kassette 36 wird aus der Zirkulationsluft 35 Feuchtigkeit an den Zeolith 37 abgegeben und Sorptionswärme aufgenommen. Die Zirkulationsluft 35 verlässt somit die Umhausung trockener und wärmer als sie unten einströmt.
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Die Zeolith-Kassette 36 in der rechten Kammer wird währenddessen desorbiert. Über das elektrisch beheizte Lamellenheizrohrregister 38 wird die rechte (abgeschlossene) Zeolith-Kassette 36 aufgeheizt. Dabei entweicht Wasserdampf. Der Wasserdampfpartialdruck steigt solange an, bis der Druck ausreicht, den Dampf über kleine Öffnungen 45 in den Lamellen-Wärmetauscher 39 der linken Umhausung einströmen zu lassen. Dort kondensiert er unter Abgabe der Kondensationswärme an die Zirkulationsluft 35. Das Kondensat 40 kann in einem (nicht dargestellte) Kondensationsbehälter abgeleitet werden. Am Ende der Phase 1 ist somit die linke Zeolith-Kassette 36 relativ kalt und feucht, die rechte sehr heiß und relativ trocken.
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Die nun folgende Phase 2 (und auch die spiegelbildliche Phase 4) ist für die potentielle Energieeinsparung von besonderer Bedeutung. In dieser Phase 2 (und Phase 4) muss möglichst viel von der für die Desorption aufgewandten Wärme von der rechten in die linke Zeolith-Kassette 36 (und analog in Phase 4 von der linken in die rechte) übertragen werden.
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Hierzu wird zunächst nur die untere Klappe 43 umgestellt und ein weiterer, wegen der besseren Übersicht nicht gezeichnete Querkanal umstellt, um die serh heiße und sehr feuchte Zirkulationsluft 35 nach dem Durchströmen der rechten Zeolith-Kassettte 36 in die linke Umhausung zu lenken. In der linken Umhausung muss die sehr heiße und sehr feuchte Zirkulationsluft 35 die linke Zeolith-Kassette 26 ebenfalls durchströmen bevor sie oben in die Wäsche-Trommel austreten kann. Die Zirkulationsluft 35 wird also beim durchströmen der linken Zeolith-Kassette 36 wieder kälter und trockener. Die linke Zeolithfüllung 37 wird folglich wie gewünscht noch feuchter und vorgeheizt, die rechte Zeolithfüllung 37 wird kälter und noch weiter getrocknet. Das notwendige Ziel ist erreicht: die rechte Zeolithfüllung 37 ist trocken und hat einen nennenswerten Teil zur Trocknung aufgewandten Wärme an die vor der Desorption stehenden linken Zeolithfüllung 37 übertragen. Die linke Zeolithfüllung 37 ist wie gewünscht sehr feucht und vorgewärmt. Sie kann folglich in der nunmehr folgenden Phase 3 durch Aufheizen über das linke Lamellenheizrohrregister 38 sehr schnell Dampf abgeben, der bei Umgebungsdruck in den rechten Lamellen-Wärmetauscher 39 einströmen und auskondensieren kann. Zu Beginn der Phase 3 wird lediglich die obere Klappe 44 umgestellt und der Querkanal (nicht gezeichnet) wieder verschlossen.
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Die Phasen 3 und 4 arbeiten zu den Phasen 1 und 2 spiegelbildlich. Für die Phasen 1 und 3 ist eine Phasenlänge von ca. 5-10 Minuten, für die Wechsel-Phasen 2 und 4 eine Phasenlänge von ca. 1 Minute zu veranschlagen.
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Neben der angestrebten höheren Energieeffizienz erreicht man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine niedrigere Trocknungstemperatur, die wiederum für empfindliche Gewebe vorteilhaft ist. Damit einhergehend darf eine kürzere Trocknungszeit erwartet werden.
