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Die Erfindung betrifft eine Sorptionstrocknungsvorrichtung mit einem Sorptionsmittel zur Aufnahme von Feuchtigkeit und einer Heizeinrichtung mit einem elektrischen Heizwiderstand zur Erwärmung des Sorptionsmittels zur Abgabe der Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel in einem Desorptionsvorgang. Die Erfindung betrifft weiterhin eine mit einer Sorptionstrocknungsvorrichtung ausgestattete Geschirrspülmaschine.
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Konventionell wird in Geschirrspülmaschinen, beispielsweise Haushaltsgeschirrspülmaschinen, eine Kondensationstrocknung des zu reinigenden Spülguts eingesetzt. Dazu wird beispielsweise in üblichen Haushaltsgeschirrspülmaschinen am Ende des Spülprogramms nach den letzten wasserzuführenden Programmabschnitt, üblicherweise dem Klarspülen, die Spülflotte, also das sich in der Geschirrspülmaschine befindliche Wasser, der darüber liegende Spülraum und das zu reinigende Spülgut auf Temperaturen zwischen ca. 65°C (Grad Celsius) und 70°C aufgeheizt, wobei der vom Geschirr abgegebene Wasserdampf an Kondensationsflächen, meist den inneren Wänden des Spülraums, auskondensiert und der Spülflotte zufließt. Bei diesem Verfahren wird eine große Energiemenge benötigt, die an die Umgebung abgegeben wird und im Prozess nicht weiter genutzt werden kann.
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Darüber hinaus sind beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2008 038 504 A1 Geschirrspülmaschinen mit Sorptionstrocknungsvorrichtungen bekannt, bei denen im Spülraum zirkulierende Luft durch ein in der Sorptionstrocknungsvorrichtung enthaltenes Trocknungsmittel, auch Sorptionsmittel genannt, geführt und entfeuchtet wird. Die Entfeuchtung der Luft bedingt eine schnellere Trocknung des Spülguts bei geringeren Temperaturen, wodurch gegenüber einer Kondensationstrocknung Energie beim Trocknungsprozess eingespart werden kann. Bei einem nachfolgenden Spülgang wird die bei der Trocknung vom Sorptionsmittel aufgenommene Feuchtigkeit in einem Desorptionsvorgang aus der Sorptionstrocknungsvorrichtung entfernt und in den Spülraum abgegeben und so mit der Spülflotte zurückgeführt. Für den Desorptionsvorgang ist die Zufuhr von Energie in Form von Wärme notwendig, wobei die zugeführte Energiemenge jedoch geringer ist, als die bei dem Trocknungsvorgang gegenüber der Kondensationstrocknung eingesparte Energie. Folglich ist gegenüber dem Kondensationstrocknungsvorgang eine Nettoenergieeinsparung bei der Sorptionstrocknung möglich.
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Die Menge der Energie, die netto durch Verwendung einer Sorptionstrocknungsvorrichtung eingespart werden kann, ist somit direkt von dem Energieaufwand bei dem Desorptionsvorgang abhängig. Dieser ist zum einen von der Effizient der Heizvorrichtung abhängig, aber auch von deren Steuerung. Wenn die Steuerung der Heizvorrichtung beispielsweise die Heizvorrichtung länger betreibt, als zur im Wesentlichen vollständigen Desorption von zuvor aufgenommener Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel notwendig ist, muss für den Desorptionsvorgang mehr elektrische Energie eingesetzt werden als theoretisch benötigt wird.
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sorptionstrocknungsvorrichtung und eine Geschirrspülmaschine zu schaffen, bei der der Desorptionsvorgang möglichst effizient mit einem geringen Energieaufwand durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sorptionstrocknungsvorrichtung für eine Geschirrspülmaschine sowie eine Geschirrspülmaschine mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Sorptionstrocknungsvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Sorptionstrocknungsvorrichtung weist ein Sorptionsmittel zur Aufnahme von Feuchtigkeit auf sowie eine Heizeinrichtung mit einem elektrischen Heizwiderstand zur Erwärmung des Sorptionsmittels zur Abgabe der Feuchtigkeit aus dem Sorptionsmittel in einem Desorptionsvorgang. Die Sorptionstrocknungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Heizwiderstand der Heizeinrichtung durch das Sorptionsmittel gebildet ist. Erfindungsgemäß wird somit das Sorptionsmittel selbst als Teil der elektrischen Heizeinrichtung verwendet. Die für den Desorptionsvorgang erforderliche Wärme entsteht so unmittelbar da, wo sie auch benötigt wird. Ein Aufheizen zusätzlicher Massen ist nicht erforderlich, wodurch der für den Desorptionsvorgang aufzubringende Energiebedarf gegenüber einer separaten, womöglich extern angeordneten Heizung verringert werden kann.
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Da der elektrische Widerstand des Sorptionsmittels abhängig von der Menge der aufgenommenen Flüssigkeit, dem Feuchtigkeitsgehalt, ist, steigt der elektrische Widerstand mit fortschreitender Desorption. Bei konstanter elektrischer Spannung, die an dem Sorptionsmittel als Heizwiderstand anliegt, sinkt im Laufe des Desorptionsvorgangs der Strom durch das Sorptionsmittel und damit die vom Sorptionsmittel aufgenommene und in Wärme umgesetzte Leistung. Der Strom durch das Sorptionsmittel bzw. die Leistungsaufnahme passt sich demzufolge dem Feuchtigkeitsgehalt des Sorptionsmittels an. Dies wirkt sich regulierend auf den Gesamtenergiebedarf des Spülprogramms aus. Zudem kann auf eine externe Regulierung der aufgenommenen Leistung verzichtet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind bei der Sorptionstrocknungsvorrichtung mindestens zwei flächige Elektroden vorgesehen, zwischen denen das Sorptionsmittel angeordnet ist. Die Elektroden dienen der Zufuhr von elektrischem Strom zum Heizen des Sorptionsmittels und dienen einer Fixierung des Sorptionsmittels in der Sorptionstrocknungsvorrichtung. Bevorzugt sind mindestens drei Elektroden vorgesehen, von denen jeweils benachbarte mit unterschiedlichen Anschlüssen verbunden sind. Diese Anordnung ermöglicht einen insgesamt zwischen den Anschlüssen der Sorptionstrocknungsvorrichtung vorliegenden möglichst kleinen Wirkwiderstand des Sorptionsmittels. Entsprechend wird die aufgenommene elektrische Leistung bei gegebener Spannung vergrößert. Besonders bevorzugt sind die Elektroden aus einem Gittermaterial, einem Siebmaterial oder aus Lochblech gefertigt. Derartig ausgebildete Elektroden können in Flussrichtung des zu trocknenden Luftstroms durch die Sorptionstrocknungsvorrichtung angeordnet sein. Bei vorteilhaft breit aufgefächertem Luftstrom können die Elektroden großflächig ausgebildet werden, was in einem guten elektrischen Kontakt zum Sorptionsmittel resultiert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sorptionstrocknungsvorrichtung ein Gehäuse aus einem Kunststoffmaterial auf. Verglichen mit einem Metallgehäuse reduziert ein Kunststoffgehäuse Gewicht und Kosten der Sorptionstrocknungsvorrichtung. Bei bekannten Sorptionstrocknungsvorrichtungen mit separater Heizung kann ein Kunststoffgehäuse jedoch üblicherweise nicht verwendet werden, da im Bereich der Heizung lokal Temperaturen auftreten können, die noch über der bereits recht hohen Desorptionstemperatur des Sorptionsmittels liegen. Dieses tritt bei der erfindungsgemäßen direkten Erwärmung des Sorptionsmittels nicht auf, wodurch Kunststoffmaterialen zum Einsatz kommen können. Bevorzugt sind bei einem Kunststoffgehäuse die Elektroden an dem Kunststoffmaterial des Gehäuses selbst festgelegt. So kann auf zusätzlich einzusetzende Isolatoren zur Halterung der Elektroden verzichtet werden.
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Eine erfindungsgemäße Geschirrspülmaschine zeichnet sich durch eine derartige Sorptionstrocknungsvorrichtung aus. Es ergeben sich die im Zusammenhang mit der Sorptionstrocknungsvorrichtung genannten Vorteile.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher dargestellt. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Geschirrspülmaschine;
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2 eine schematische Darstellung einer Sorptionstrocknungsvorrichtung für eine Geschirrspülmaschine in einem ersten Ausführungsbeispiel; und
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3 eine schematische Darstellung eines Teils einer Sorptionstrocknungsvorrichtung für eine Geschirrspülmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt schematisch den Aufbau einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Geschirrspülmaschine 1. Die Geschirrspülmaschine 1 ist vorliegend als Haushalts-Geschirrspüler ausgebildet, die Erfindung kann jedoch ebenso im Zusammenhang mit Geschirrspülern für eine gewerbliche und/oder medizinischen Nutzung eingesetzt werden.
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Die Geschirrspülmaschine 1 weist einen Spülraum 2 auf, in dem sich Geschirrkörbe 3 zur Aufnahme des zu reinigenden Spülguts, also beispielsweise Geschirr, Kochgeschirr, Besteck, befinden. Ferner sind bei der Geschirrspülmaschine 1 Sprüharme 4 zur Benetzung des Spülguts mit einer Spülflotte 7, also der sich in der Geschirrspülmaschine 1 befindlichen Reinigungsflüssigkeit, vorhanden. Der Boden des Spülraums 2 trägt einen Spülraumtopf 5 mit einer Flottenheizung 8 zum Erwärmen der Spülflotte 7 und einem Sieb 6 zum Filtern von gelösten Schmutzpartikeln. Weiterhin sind im Spülraumtopf 5 noch eine hier nicht dargestellte Umwälzpumpe und eine ebenfalls nicht gezeigte Ablaufpumpe vorhanden.
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Außerhalb des Spülraums 2, vorzugsweise in der Bodenbaugruppe unterhalb des Bodens des Spülraums 2, ist eine Sorptionstrocknungsvorrichtung 10 angeordnet, die üblicherweise einen relativ voluminösen Behälter mit einem Rauminhalt von 2 bis 3 Litern aufweist. Nachfolgend wird die Sorptionstrocknungsvorrichtung 10 vereinfachend auch als Sorptionseinheit 10 bezeichnet. Über einen Auslass 14 steht die Sorptionseinheit 10 in direkter Verbindung mit dem Spülraum 2. Der Auslass 14 weist eine hutförmige Abdeckung 15 auf, die den Eintritt von Spülflotte 7 in die Sorptionseinheit 10 verhindert.
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In der Sorptionseinheit 10 befindet sich Sorptionsmittel 101, auch Sorbens genannt. In einem Programmabschnitt „Trocknen“ wird zum Entfeuchten des Spülraums 2 und des Spülguts feuchte Prozessluft 11 über einen vorzugsweise im oberen Bereich des Spülraums 2 angeordneten Einlass 12 durch ein Gebläse 13 angesaugt. Die feuchte Prozessluft 11 wird durch die Sorptionseinheit 10 gefördert, in der Feuchtigkeit (Wasserdampf) von dem Sorptionsmittel 101 adsorbiert wird. Dabei läuft in dem Sorptionsmittel 101 eine exotherme Reaktion ab, die das Sorptionsmittel 11 auf ca. 100°C (Grad Celsius) erwärmt. Durch den Auslass 14 tritt entfeuchtete und erwärmte Prozessluft 16 wieder in den Spülraum 2, um dort erneut Wasserdampf aufzunehmen.
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Innerhalb eines Programmabschnitts „Reinigen“ eines nachfolgenden Spülprogramms wird das Sorptionsmittel 101 der Sorptionstrocknungsvorrichtung 10 in einem Desorptionsvorgang durch Erhitzen des Sorptionsmittels 101 regeneriert, um in einen nächsten Programmabschnitt „Trocknen“ wieder einsetzbar zu sein. Die Erhitzung des Sorptionsmittels 101 wird weiter unten im Zusammenhang mit den 2 und 3 näher erläutert. Bei gleichzeitigem Betrieb des Gebläses 13 wird bei dem Desorptionsvorgang die in dem Sorptionsmittel 101 gebundene Feuchtigkeit als Wasserdampf in den Spülraum 2 gefördert. Hier hilft die in dem abgeförderten Wasserdampf gespeicherte Energie beim Aufheizen der Spülflotte 7, des Spülraums 2 und des Spülguts. In der Sorptionseinheit 10 findet beispielsweise das Mineral Zeolith Verwendung, welches eine Desorptionstemperatur von bis zu 250°C benötigt. Das Sorptionsmittel 11 wird in der Regel in der Form einer losen Kugelschüttung in der Sorptionseinheit 10 angeordnet.
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Weiterhin ist bei der Geschirrspülmaschine 1 ein Verschmutzungssensor 17 vorhanden, der sich innerhalb des Spülkreislaufs befindet – in dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Verschmutzungssensor 17 schematisch innerhalb des Spülraumtopfs 5 angeordnet. Mit Hilfe des Verschmutzungssensors 17 kann die Menge und teilweise auch die Art des von der Spülflotte 7 vom Spülgut gelösten Schmutzes erkannt und diese Information an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung des Geschirrspülers 1 weitergegeben werden. Der Verschmutzungssensor 17 kann beispielsweise als ein optisch arbeitender Trübungssensor ausgebildet sein.
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2 zeigt schematisch den Aufbau einer Sorptionstrocknungsvorrichtung 10 in einem ersten Ausführungsbeispiel detaillierter. In einem Gehäuse der Sorptionseinheit 10 sind zwei zwei plattenförmige und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete elektrisch leitfähige Gitter als Elektroden 102 angeordnet. Sie sind über Anschlüsse 103 extern kontaktierbar. Alternativ zu den genannten Gittern können die Elektroden 102 beispielsweise auch aus Siebmaterial oder Lochblechen hergestellt sein. Der Zwischenraum zwischen den Elektroden 102 ist mit dem Sorptionsmittel 101 befüllt, wobei sich das Sorptionsmittel 101 im Kontakt mit den Elektroden 102 befindet.
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Beim Desorptionsvorgang werden die Elektroden 102 über die Anschlüsse 103 mit Spannung beaufschlagt. Durch den elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden 102 und dem Sorptionsmittel 101 setzt ein Stromfluss durch das Sorptionsmittel 101 ein, durch den das Sorptionsmittel 101 unmittelbar erwärmt wird, ohne das hierfür, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine externe bzw. eigenständige Sorptionsheizung notwendig wäre. Die Elektroden 102 bilden somit zusammen mit dem Sorptionsmittel 101 eine Heizeinrichtung mit dem Sorptionsmittel 101 als Heizwiderstand. Die für den Desorptionsvorgang erforderliche Wärme entsteht so unmittelbar da, wo sie auch benötigt wird. Ein Aufheizen zusätzlicher Massen ist nicht erforderlich, wodurch der für den Desorptionsvorgang aufzubringende Energiebedarf verringert werden kann.
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Da der elektrische Widerstand des Sorptionsmittels 101 abhängig von der Menge der aufgenommenen Flüssigkeit (Feuchtigkeitsgehalt) ist, steigt der elektrische Widerstand mit fortschreitender Desorption. Bei konstanter an den Elektroden 102 anliegender Spannung sinkt im Laufe des Desorptionsvorgangs somit der Strom durch das Sorptionsmittel 101 und damit die vom Sorptionsmittel 101 aufgenommene Leistung. Der Strom durch das Sorptionsmittel 101 bzw. die Leistungsaufnahme passt sich demzufolge dem Feuchtigkeitsgehalt des Sorptionsmittels 101 an. Dies wirkt sich regulierend auf den Gesamtenergiebedarf des Spülprogramms aus. Zudem kann auf eine externe Regulierung der aufgenommenen Leistung verzichtet werden.
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Bevorzugt werden die Elektroden 102 derart angeordnet, dass die Sorptionsmittelschicht zwischen ihnen möglichst dünn ist, um den Widerstand der Anordnung zu minimieren. Darüber hinaus sollte die Kontaktfläche der Elektroden 102 möglichst groß ausgeführt sein. Gleichzeitig dienen die Elektroden 102 der Fixierung des Sorptionsmittels 101 in der Sorptionseinheit 10.
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Da es sich bei dem Sorptionsmittels 101 prinzipiell um einen Wirkwiderstand handelt, ist sowohl ein Betrieb an einer Netzspannung als auch an einer Gleichspannungsquelle möglich.
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Sorptionstrocknungsvorrichtungen mit separater Sorptionsheizung sind häufig aus Metall, meist Edelstahl, gefertigt, um nicht durch die im Bereich der Heizung lokal oft deutlich über der Desorptionstemperatur liegenden Temperaturen beschädigt zu werden. Derartig hohe Temperaturen treten bei der erfindungsgemäßen Sorptionseinheit 10 nicht auf, weswegen diese bevorzugt aus Kunststoff gefertigt werden kann, um Kosten und Gewicht zu senken.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sorptionstrocknungsvorrichtung 10 in einer schematischen Schnittzeichnung. Dargestellt ist nur der Bereich der Elektroden 102 und des zwischen diesen liegenden Sorptionsmittels 101. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente wie bei dem Ausführungsbeispiel der 2.
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Wie beim Beispiel der 2 sind flächige Elektroden 102, gebildet aus Gittern, Siebmaterial oder Lochblechen, parallel zueinander in der in der Sorptionseinheit 10 angeordnet und im Kontakt mit dem Sorptionsmittel 101. Beispielhaft sind fünf Elektroden vorgesehen, die abwechselnd mit einem der Anschlüsse 103 verbunden sind, so dass sich immer Elektroden 102 mit unterschiedlichem elektrischem Potential gegenüber stehen. Der Wirkwiderstand des Sorptionsmittel 101 wird so möglichst klein und entsprechend die aufgenommene elektrische Leistung bei gegebener Spannung vergrößert. Die Elektroden 102 sind mittels Isolatoren 104 fixiert. Falls als Gehäusematerial für die Sorptionseinheit 10 ein isolierender Kunststoff verwendet wird, können die Elektroden 102 auch unmittelbar im Gehäuse festgelegt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Geschirrspüler
- 2
- Spülraum
- 3
- Geschirrkorb
- 4
- Sprüharm
- 5
- Spülraumtopf
- 6
- Sieb
- 7
- Spülflotte
- 8
- Flottenheizung
- 10
- Sorptionstrocknungsvorrichtung (Sorptionseinheit)
- 11
- Prozessluft, feucht
- 12
- Einlass
- 13
- Gebläse
- 14
- Auslass
- 15
- Abdeckung
- 16
- Prozessluft, erwärmt, trocken
- 17
- Verschmutzungssensor
- 101
- Sorptionsmittel (Sorbens)
- 102
- Elektrode
- 103
- Anschluss
- 104
- Isolator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038504 A1 [0003]
