DE102014202298A1

DE102014202298A1 - Haushaltsgerät mit Phasenwechselmaterial

Info

Publication number: DE102014202298A1
Application number: DE102014202298.3A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Arndt; Hans-Peter Nannt; Kai Paintner
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-06-11

Abstract

Ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine, wobei zur Ermöglichung einer Trocknung von in einem Bearbeitungsbehälter (2), insbesondere Spülbehälter, enthaltenen Gut, zumindest ein Reservoir (5) eines Mediums (4) mit Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) vorgesehen ist, ist so ausgebildet, dass das PCM enthaltende Medium (4) durch einen Wärmetauscher (7) leitbar ist, der in Wirkkontakt mit dem Bearbeitungsbehälter (2) steht und darüber mit diesem Wärmeenergie (9) austauschen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine, wobei zur Ermöglichung einer Trocknung von in einem Bearbeitungsbehälter, insbesondere Spülbehälter, enthaltenen Gut, zumindest ein Reservoir eines Mediums mit Phasenwechselmaterial (PCM) vorgesehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist z.B. aus der DE 10 2009 049 066 A1 bekannt, zur Trocknung von in einem Behandlungsraum enthaltenen Gut Latentwärmespeicher vorzusehen, die ein Phasenwechselmaterial (PCM) enthalten. Dabei ist ein Peltier-Element vorgesehen, das mit seiner kalten Seite in Kontakt mit einem ersten Latentwärmespeicher und mit seiner warmen Seite in Kontakt mit einem zweiten Latentwärmespeicher steht, so dass es zwischen diesen Wärmespeichern als Wärmepumpe fungieren kann. Zusätzlich sind beim zweiten Latentwärmespeicher Wärme-Übertragungselemente vorgesehen, an denen aus dem Behandlungsraum herausgeleitete Luft vorbeiströmt. Ein solches Trocknungsverfahren, bei dem ein Peltierelement als Wärmepumpe zwischen zwei Latentwärmespeichern verwendet wird, ist jedoch konstruktiv und steuerungstechnisch aufwendig und führt zu hohen Kosten bei einem derartig ausgestatteten Haushaltsgerät.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine konstruktiv und steuerungstechnisch einfache Lösung zu finden, um mit Hilfe eines Phasenwechselmaterials die Energieeffizienz eines Haushaltsgeräts, insbesondere einer Geschirrspülmaschine, zu verbessern.
Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Haushaltsgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Hinsichtlich vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die Ansprüche 2 bis 14 sowie die Verfahrensansprüche 16 bis 20 verwiesen.
Mit der Erfindung ist dadurch, dass das PCM enthaltende Medium durch einen Wärmetauscher leitbar bzw. strömbar ist, der in Wirkkontakt mit dem Bearbeitungsbehälter steht und darüber dessen Temperatur beeinflusst, eine aktive Wärmepumpe oder dergleichen verzichtbar. Es genügen ein einfacher Wärmetauscher sowie zumindest ein, insbesondere lediglich ein einziges, Reservoir, das der Aufnahme des PCM enthaltenden Mediums dient. Erfindungsgemäß dient dabei das PCM im Medium als Wärmespeichermittel für Wärmeenergie aus dem Bearbeitungsbehälter, um diese in einer späteren Phase eines Betriebsgangs, insbesondere Spülgangs, oder eines nachfolgenden Betriebsgangs an den Bearbeitungsbehälter teilweise oder ganz wieder zurück zu übertragen. Es wird vom Reservoir zum Wärmetauscher und von diesem aus zurück zum Reservoir transportiert. Zweckmäßigerweise können dazu Fördermittel wie z.B. eine Förder-, insbesondere Umwälzpumpe, vorgesehen sein, um das PCM enthaltende Medium zu fördern, insbesondere umzuwälzen. Konstruktion und Steuerung sind damit besonders einfach. Gleichzeitig ergibt sich eine hohe Effizienz.
Insbesondere kann das Medium mit PCM in einem den Wärmetauscher enthaltenden Kreislauf umwälzbar sein. Vorzugsweise kann in dem Medium beispielsweise ein sog. PCM-Slurry enthalten oder das Medium durch ein sog. PCM-Slurry gebildet sein. Dieser kann vorteilhafterweise das Phasenwechselmaterial in Mikrokapseln innerhalb einer Trägerflüssigkeit, üblicherweise Wasser, enthalten. Alternativ kann es zweckmäßig sein, wenn der PCM-Slurry eine Emulsion von Phasenwechselmaterial mit einer weiteren, sich damit nicht mischenden Flüssigkeit ist. In allen Fällen ist das Medium insgesamt mit dem darin enthaltenen PCM vorzugsweise über eine Förder-, bevorzugt Umwälzpumpe, oder sonstige Fördermittel bewegbar bzw. förderbar ausgebildet. Dazu kann das Medium insbesondere so ausgebildet sein, dass es beim jeweiligen Betriebsgang stets im flüssigen Zustand verbleibt. Seine Schmelztemperatur liegt vorzugsweise niedriger als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s. Aktive Elemente, wie z.B. Peltier-Elemente oder sonstige Wärmepumpen, sind im Förderweg des PCM enthaltenden Mediums nicht vorhanden und auch nicht erforderlich. Das erfindungsgemäß ausgebildete Haushaltsgerät kommt also ohne Wärmepumpe aus.
Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn das Reservoir, der Wärmetauscher und die Förderpumpe über Leitungen verbunden sind und insgesamt einen in sich geschlossenen Zirkulationskreislauf, vorzugsweise mit einer vorgebbaren Förderrichtung, bilden. Vorzugsweise ist ein Ausgang des Reservoirs über eine Zuführleitung mit dem Eingang des Wärmetauschers verbunden. Von dessen Ausgang führt eine Abführleitung zurück zum Eingang des Reservoirs. Dabei kann die Förderpumpe vorzugsweise in der Zuführleitung oder in der Abführleitung vorgesehen sein. Im Betrieb der Förderpumpe wird das mit PCM versetzte flüssige Medium aus dem Reservoir über dessen Ausgang über die Zuführleitung dem Eingang des Wärmetauschers zugeführt, der mit dem Bearbeitungsbehälter in thermischen Kontakt steht. Das PCM enthaltende Medium strömt dabei durch den Wärmetauscher hindurch, so dass es zum Wärmeenergietransfer vom Bearbeitungsbehälter in das PCM hinein insbesondere in einer solchen Phase eines Betriebsgangs, insbesondere z.B. am Ende des Reinigungsgangs und/oder während des Trocknungsgangs eines Spülgangs kommt, in der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter höher als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s ist, oder so dass es zu einer Wärmeenergierückübertragung aus dem PCM an den Bearbeitungsbehälter insbesondere in einer solchen Phase eines Betriebsgangs, insbesondere z.B. zu Beginn des Zwischenspülgangs eines Spülgangs kommt, in der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter niedriger als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s ist. Zweckmäßigerweise ist dazu bei einer Geschirrspülmaschine die Phasenwechseltemperatur des PCM´s zwischen der Temperatur (Reinigungstemperatur am Ende des Reinigungsgangs) der am Ende des Reinigungsgangs im Bearbeitungsbehälter vorhandenen Reinigungsspülflottenflüssigkeit und/oder Luft und der Temperatur (Klarspültemperatur am Beginn des Klarspülgangs) der am Anfang des Klarspülgangs in den Bearbeitungsbehälter einlaufenden Klarspülflottenflüssigkeit und/oder der Luft im Behandlungsbehälter gewählt. Insbesondere ist dabei die Phasenwechseltemperatur des PCM´s kleiner als die Temperatur des Behandlungsmediums am Ende des Reinigungsgangs und größer als die Temperatur der Behandlungsflüssigkeit und/oder Luft im Bearbeitungsbehälter zu Beginn des Klarspülgangs. Bevorzugt ist die Phasenwechseltemperatur des PCM´s etwa in der Mitte zwischen dieser Reinigungstemperatur (am Ende des Reinigungsgangs) und der Klarspültemperatur (zu Beginn des Klarspülgangs) gewählt. In der Praxis ist insbesondere eine Phasenwechseltemperatur von etwa 35°C vorteilhaft.
Weiterhin kann es insbesondere günstig sein, wenn der Wärmetauscher zumindest auf die im Bearbeitungsraum befindliche Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit einwirkt. Es ist somit ein zweites Reservoir von PCM wie z.B. bei der DE 10 2009 049 066 A1 vermieden. Dies vereinfacht den Aufbau des Haushaltsgeräts.
Insbesondere kann für eine effektive Wechselwirkung der im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters enthaltenen Luft mit dem Wärmetauscher dem Bearbeitungsraum zumindest ein Gebläse zugeordnet sein. Dieses kann vorteilhafterweise in Standardausbildung eines üblichen Lüfterrads ausgebildet und daher ebenfalls einfach und billig sein kann. Dieses Gebläse kann insbesondere in der Trocknungsphase aktiv sein.
Insgesamt kann das Haushaltsgerät sowohl für die Luftbewegung als auch für die Bewegung des PCM´s und für die thermische Wechselwirkung zwischen dem Wärmetauscher und dem Bearbeitungsbehälter frei von einer Wärmepumpe oder einer sonstigen frei von einer aktiv wärmeübertragenden Einrichtung ausgebildet sein.
Insbesondere kann es für einen effektiven Wärmeenergietransfer zwischen dem Bearbeitungsbehälter und dem Wärmetauscher zweckmäßig sein, wenn im Behandlungsraum des Bearbeitungsbehälters Bearbeitungsflüssigkeit – wie z.B. Wasser im Spülbehälter einer Geschirrspülmaschine – vorhanden ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn der Ortsbereich, an dem der Wärmetauscher am Bearbeitungsbehälter angebracht ist, auf der innenliegenden, d.h. dem Behandlungsraum zugewandten Wandung des Bearbeitungsbehälters mit im Behandlungsraum etwaig vorhandener Bearbeitungsflüssigkeit, insbesondere Wasser, beaufschlagt wird. So kann z.B. bei einer Geschirrspülmaschine Spülflottenflüssigkeit, d.h. etwaig mit Reinigungsmittel, Klarspülmittel und/oder sonstigen Zusatzstoffen versetztes Wasser, auf den Ortsbereich des Bearbeitungsbehälters, an dem der Wärmetauscher angebracht ist, mittels ein oder mehrerer Sprüheinrichtungen gesprüht werden. Aufgrund der höheren spezifischen Wärmekapazität von Wasser gegenüber der von Luft ergibt sich ein verbesserter Wärmeübergang zwischen dem Wärmetauscher und dem Bearbeitungsbehälter.
Vorteilhaft kann es insbesondere sein, wenn der Wärmetauscher im Inneren des Bearbeitungs- bzw. Behandlungsraums des Bearbeitungsbehälters angeordnet ist. Dadurch ist der Wärmeübergang zwischen der Luft und/oder der Bearbeitungsflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter und dem Wärmetauscher optimiert. Ggf. kann es aber auch ausreichend sein, wenn der Wärmetauscher außen auf einer Wandung des Bearbeitungsbehälters wärmeleitend angebracht ist.
Für eine hohe Energieeffizienz ist es günstig, wenn das Haushaltsgerät nach und/oder am Ende einer Spülphase eines Betriebsgangs, insbesondere nach und/oder am Ende eines Reinigungsgangs eines Spülgangs eines Geschirrspülprogramms, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 55 °C liegt, Wärmeenergie in das Reservoir mit Phasenwechselmaterial (PCM) überträgt, um diese Wärmeenergie im PCM zwischenzeitlich zu speichern und später wieder nutzen zu können.
Weiter kann es für eine gründliche Reinigung des zu bearbeitenden Guts hilfreich sein, wenn das Haushaltsgerät nach der benannten Wärmeübertragung in das Phasenwechselmaterial (PCM) zumindest einen Zwischenspülgang, insbesondere mindestens einen Teilspülgang mit Bearbeitungsflüssigkeit, durchführt, für die keine Aufheizung gefordert ist. Dabei bleibt das PCM im Reservoir zweckmäßigerweise still stehen und wird nicht zum Wärmetauscher gefördert. Da dann die Wärmeenergie, die vorher vom Bearbeitungsbehälter zum PCM transferiert worden ist, im PCM gespeichert bleibt und nicht über den Wärmetauscher zum Bearbeitungsbehälter zurück übertragen werden kann, sind der oder die Zwischenspülgänge insoweit energetisch nicht nachteilig. Es ist somit weitgehend vermieden, dass die vor dem Zwischenspülgang im Behandlungsbehälter vorhandene Wärmeenergie ungenutzt verloren geht. Durch Ruhen des PCM enthaltenden Mediums im Reservoir ist ein Wärmetransfer zwischen dem Bearbeitungsbehälter und dem PCM während des Zwischenspülgangs weitgehend vermieden. Die im PCM gespeicherte Wärmeenergie steht dann für einen Wärmenergietransfer vom PCM zum Bearbeitungsbehälter während einer späteren Bearbeitungsphase des Betriebsgangs, wie z.B. dem Klarspülgang eines Spülgangs beim Ablauf eines Geschirrspülprogramms einer Geschirrspülmaschine, zur Verfügung. Verallgemeinert betrachtet ist ein Wärmespeichersystem für ein Haushaltsgerät, insbesondere eine Geschirrspülmaschine bereitgestellt, bei dem lediglich durch Fördern eines PCM enthaltenden Mediums zwischen einem Reservoir und einem Wärmetauscher, der mit dem Bearbeitungsbehälter des Haushaltsgeräts in thermischer Wirkverbindung steht, ein Wärmenergietransfer und bei Stillstand des PCM enthaltenden Mediums eine Speicherung vom Wärmeenergie im Reservoir ermöglicht ist.
Insbesondere wird nach einer Spülphase, insbesondere Reinigungsphase eines Geschirrspülprogramms, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C gelegen hatte, und ggf. nach zumindest einem Zwischenspülgang, eine Wärmerückübertragung aus dem Phasenwechselmaterial (PCM) in den Bearbeitungsbehälter durchgeführt, wobei dann mit der aus dem PCM in den Bearbeitungsbehälter übertragenen Wärmeenergie zumindest eine Teilerwärmung von Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter für einen Klarspülgang durchführbar ist, für den eine bestimmte Soll-Behandlungstemperatur, insbesondere eine Temperatur von mehr als 60°C gefordert ist. Die Aufheizung des Bearbeitungsraums wird dabei durch die im PCM enthaltene Wärmeenergie unterstützt, so dass der Energiebedarf für ein aktives Nachheizen mittels einer Heizung auf eine gewünschte Solltemperatur gegenüber einem konventionellen Haushaltsgerät verringert ist.
Insgesamt kann damit eine Überbrückung des Energieflusses derart stattfinden, dass das Haushaltsgerät Wärmeenergie aus einer Spülphase, insbesondere Reinigungsphase, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C liegt, in Phasenwechselmaterial (PCM) überträgt, dort zwischenspeichert und vor einem Klarspülgang, für den ein Soll-Temperaturbereich insbesondere zwischen 55°C und 70°C gefordert ist, mit einer Temperatur von ca. 35°C bis 40°C in den Bearbeitungsbehälter weitestgehend rücküberträgt. Durch diesen Entzug von Wärmeenergie aus dem Phasenwechselmaterial, die während und/oder am Ende einer vorausgehenden Spülphase aus dem Bearbeitungsbehälter aufgenommen und während mindestens einem zwischen der Spülphase und dem späteren Klarspülgang liegenden, unbeheizten Zwischenspülgang oder einem sonstigen Zwischenzeitraum, für den insbesondere keine aktive Erwärmung der Behandlungsflüssigkeit gefordert ist, im Phasenwechselmaterial zwischengespeichert worden ist, kann Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit im Innenraum des Spülbehälters vor und/oder zu Beginn des Klarspülgangs auf eine Vorerwärmungstemperatur vorerwärmt werden, die höher als ihre Anfangstemperatur bzw. Ausgangstemperatur liegt. Es genügt deshalb eine Nachheizung der Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit im Behandlungsbehälter mittels einer Heizungseinrichtung, um der Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit eine zusätzliche Wärmeenergiemenge zuzuführen, damit diese eine gewünschte Soll-Behandlungstemperatur bzw. einen gewünschten Soll-Behandlungstemperaturbereich erreichen kann, die oder der höher als die Vorerwärmungstemperatur liegt.
Zusätzlich oder unabhängig hiervon ist es zur weiteren Verbesserung der Energieeffizienz möglich, dass während einer nach dem Klarspülen folgenden Trocknungsphase des zu bearbeitenden Guts ein Teilbereich des Wärmetauschers zwischen dem Kreislauf mit PCM und dem Bearbeitungsbehälter als Kondensationsfläche nutzbar ist.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts in der geschilderten Weise ist gesondert beansprucht.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen wiedergegeben.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können dabei – außer z. B. in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen – einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
1 eine schematische Ansicht von Teilen eines Haushaltsgeräts, hier eines Bearbeitungsbehälters einer Geschirrspülmaschine und eines Kreislaufs mit PCM,
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens mit Wärmeübertragung in das PCM und Rückübertragung in den Bearbeitungsraum,
3 eine Detailansicht eines Wärmetauschers sowie von Verteilungshilfen für in Mikrokapseln gehaltenes PCM, und
4 Temperaturverläufe über die Zeit bei einem Verfahren ohne und mit PCM inkl. einer am Ende durchgeführten Trocknung des zu bearbeitenden Guts.
In den 1–4 sind einander entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Dabei sind nur diejenigen Bestandteile eines Haushaltsgeräts mit Bezugszeichen versehen und erläutert, welche für das Verständnis der Erfindung erforderlich sind.
Das in 1 nur schematisch angedeutete Haushaltsgerät 1 ist beispielsweise eine Geschirrspülmaschine. Auch eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner oder ähnliches kann bezüglich der thermischen Energieflüsse und der Wechselwirkung zwischen einem Bearbeitungsraum eines Bearbeitungsbehälters 2 und einem Umwälzkreislauf 3 mit einem Phasenwechselmaterial 4a (PCM) enthaltenden Medium 4 prinzipiell ähnlich sein. Dieses Medium 4 ist zweckmäßigerweise fließfähig und damit förderbar, insbesondere pumpfähig ausgebildet. Es lässt sich also PCM im Kreislauf 3 wie eine Flüssigkeit bewegen bzw. fördern, insbesondere mit einer Vorzugsrichtung.
Unter Umwälzkreislauf für das PCM enthaltende Medium wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Zirkulations-Leitungssystem verstanden, bei dem vom Ausgang AG´ des Reservoirs 5 eine Zuführleitung ZL zum Eingang EG eines Wärmetauschers 7 führt, der mit dem Bearbeitungsbehälter 2 in Wirkkontakt steht und darüber mit diesem Wärmeenergie austauschen kann. Insbesondere ist hier im Ausführungsbeispiel der Wärmetauscher 7 im Inneren, d.h. im Behandlungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 angeordnet. Alternativ kann er mit der Außenseite einer Wandung des, vorzugsweise aus metallischem Material hergestellten, Bearbeitungsbehälters 2 wärmeleitend verbunden sein. Vom Ausgang AG des Wärmetauschers 7 führt eine Abführleitung AL zurück zum Eingang EG´ des Reservoirs 4. Dabei kann die Umwälzpumpe 6 vorzugsweise in der Zuführleitung ZL oder in der Abführleitung AL vorgesehen sein. Ein solcher Umwälzkreislauf weist eine Zirkulationsrichtung ZR auf, mit der das flüssige, PCM 4a enthaltende Medium 4 den Kreislauf 3 durchströmt. Er ist insbesondere vorteilhaft, da bei ihm das PCM enthaltende Medium zum Wärmeenergietransfer in den oder aus dem Bearbeitungsbehälter fortlaufend, d.h. immer wieder, insbesondere kontinuierlich durch den Wärmetauscher hindurchgeschickt werden kann. Durch den wiederholten Durchlauf des PCM enthaltenden Mediums durch den Wärmetauscher ergibt sich ein verbesserter Wirkungsgrad bei der Wärmeenergieübertragung gegenüber einem stationären PCM-Speicher, dessen PCM-Material feststehend ausgebildet ist und mit dem Bearbeitungsbehälter thermisch gekoppelt ist. Darüber hinaus ist der Wärmetransfer zwischen dem PCM und dem Bearbeitungsbehälter durch den für das PCM enthaltende Medium vorgesehenen Umwälzkreislauf 3 in gezielter Weise schaltbar: Wenn die Umwälzpumpe 6 eingeschaltet wird, wird das PCM enthaltende Medium 4 aus dem Reservoir 5 gefördert und durch den Wärmetauscher 7 hindurchgepumpt. Dadurch kommt das PCM 4a im Medium 4 mit dem Bearbeitungsbehälter 2, hier insbesondere dessen Innenraum, in thermischen Kontakt, so dass ein Wärmeenergietransfer zwischen dem PCM und dem Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 bewirkt ist. Wenn in einem bestimmten, zeitlichen Ablaufabschnitt eines Geschirrspülprogramms wie z.B. dessen Reinigungsschritt die jeweilige Temperatur im Behandlungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 höher als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s 4a ist, kommt es zu einer Aufnahme von Wärmeenergie aus dem Behandlungsraum in das PCM 4a hinein (= Laden des PCM´s). Wenn hingegen in einem bestimmten, zeitlichen Ablaufabschnitt eines Geschirrspülprogramms wie z.B. beim Beginn dessen Klarspülschritts die jeweilige Temperatur im Behandlungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 niedriger als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s 4a ist, kommt es zu einer Abgabe von Wärmeenergie aus dem PCM 4a in den Behandlungsraum hinein (= Entladen des PCM´s). Anschließend wird das PCM 4a enthaltende Medium 4 in das Reservoir mittels der Pumpe 6 zurückgepumpt. Dann beginnt ein neuer Pumpzyklusdurchlauf für das PCM enthaltende Medium 4 durch den Kreislauf 3.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher 7 an einer senkrechten Seitenwand oder senkrechten Rückwand des Spülbehälters 2 angebracht ist und im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Dann wird das PCM enthaltende Medium 4 vorzugsweise von unten nach oben durch den Wärmetauscher gepumpt. Da die versprühte Behandlungsflüssigkeit im Innenraum des Spülbehälters an den Seitenwänden und der Rückwand des Spülbehälters von oben nach unten zum Boden des Spülbehälters abläuft, funktioniert der Wärmetauscher im Gegenstromprinzip, was den Wärmeenergieübergang zwischen PCM und Behandlungsflüssigkeit begünstigt.
Der PCM-Slurry-Kreislauf 3 enthält also das Reservoir 5 für das Medium 4 mit dem Phasenwechselmaterial 4a. Dieses Reservoir 5 ist zweckmäßigerweise thermisch gegen den Außenraum am Aufstellort der Geschirrspülmaschine gut isoliert. Über die im Kreislauf 3 enthaltene Umwälzpumpe 6 kann das PCM 4a enthaltende Medium 4 umgewälzt werden und dabei einen Wärmetauscher 7 durchlaufen, der in Wirkkontakt mit Luft und/oder etwaig vorhandener Behandlungsflüssigkeit bzw. Bearbeitungsflüssigkeit im Bearbeitungsraum des als Spülbehälter ausgebildeten Bearbeitungsbehälters 2 steht. Dadurch ist ein Wärmeenergieaustausch 9, hier durch einen Doppelpfeil angedeutet, in beide Richtungen zwischen dem Kreislauf 3 und dem Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 möglich, d.h. über den Wärmetauscher 7 kann Wärmenergie aus dem geförderten, PCM enthaltenden Medium in den Bearbeitungsbehälter 2 hinein oder in umgekehrter Richtung aus dem Behandlungsbehälter heraus in das PCM enthaltende Medium transferiert werden, wenn dieses im Kreislauf 3 vom Reservoir 5 zum Wärmetauscher 7 gefördert wird, je nachdem, ob die Phasenwechseltemperatur des PCM größer als die jeweilige Temperatur im Behandlungsraum oder ob die Phasenwechseltemperatur des PCM kleiner als die jeweilige Temperatur im Behandlungsraum ist.
Die Luft im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 ist hier im Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise mittels zumindest einem Gebläse 8 umwälzbar und damit am Wärmetauscher 7 entlangbewegbar. Die jeweilig im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 vorhandene Behandlungsflüssigkeit ist dort vorteilhafterweise mittels zumindest einer Sprüheinrichtung versprühbar, die eine Komponente eines eine Umwälzpumpe und zugehörige Flüssigkeitsleitungen aufweisenden Spülflüssigkeits-Umwälzkreislaufes der Geschirrspülmaschine ist. (Dieser Spülflüssigkeits-Umwälzkreislauf ist in der 1 der zeichnerischen Übersichtlichkeit halber weggelassen). Vorzugsweise ist der Wärmetauscher 7 mit Hilfe der Sprüheinrichtung mit der Behandlungsflüssigkeit beaufschlagbar. In dem Bearbeitungsbehälter 2, der bei einer Geschirrspülmaschine einen Spülbehälter ausbildet, kann aufgenommenes Gut, zum Beispiel hier Geschirr, Gläser, Bestecke und ähnliches, gereinigt und getrocknet werden.
Der Wärmetauscher 7 enthält eine Vielzahl von mäandrierenden oder spiralig oder anderweitig angeordneten Windungen 10, so dass sich eine große Austauschfläche mit der im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 enthaltenen Luft und/oder dort etwaig vorhandener Bearbeitungsflüssigkeit ergibt.
Das Phasenwechselmaterial (PCM) 4a kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise ist zur Ausbildung eines PCM-Slurry in Mikrokapseln gebundenes Phasenwechselmaterial möglich, das in einer Trägerflüssigkeit wie Wasser gehalten ist, oder der PCM-Slurry ist eine Emulsion des Phasenwechselmaterials mit einer anderen, sich nicht mischenden Trägerflüssigkeit. Insbesondere kommen preiswerte und im geeigneten Temperaturbereich einen Phasenübergang aufweisende Salzhydrate und/oder Paraffin in Betracht, die vorzugsweise jeweils mikroverkapselt sein können.
In jedem Fall ist das Phasenwechselmaterial 4a so Bestandteil eines wie eine Flüssigkeit umwälzbaren Mediums 4, so dass eine einfache Umwälzpumpe 6 oder ein sonstiges Fördermittel das Medium 4 mit dem PCM 4a im Kreislauf 3 umlaufend bewegen kann. Das Medium mit dem Phasenwechselmaterial ist also förder- bzw. bewegbar, insbesondere pumpfähig. Eine Wärmeübertragung auf die Luft und/oder Bearbeitungsflüssigkeit im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters 2 oder von dieser in den Kreislauf 3 findet nur über einen im Kreislauf 3 enthaltenen und vom Medium 4 durchströmten Wärmetauscher 7 statt. Eine Wärmepumpe oder eine sonstige aktiv wärmeübertragende Einrichtung ist dadurch völlig entbehrlich. Im Wärmetauscher 7 können neben gewundenen Rohrleitungen wie in 3 Leitplatten 7a zur gleichmäßigen Verteilung von z.B. verkapseltem Phasenwechselmaterial 4a vorgesehen sein. So ergibt sich ein über eine große Fläche gleichmäßiger Wärmeübergang 9.
In 2 ist über den Verlauf der Zeit t ein möglicher Programmablauf einer Geschirrspülmaschine dargestellt. Auch andere Haushaltsgeräte können nach diesem oder einem analog anwendbaren Verfahren betrieben werden.
Dabei wird nach einer Vorspülphase bzw. einem Vorspülschritt, d.h. Vorspülgang 11 zunächst eine das im Bearbeitungsbehälter 2 enthaltene Gut reinigende Spülphase 12 in Form eines Reinigungsschritts, d.h. Reinigungsgangs durchgeführt. Bei diesem Reinigungsschritt wird mit Reinigungsmittel versetztes Wasser, insbesondere in den Spülbehälter der Geschirrspülmaschine eingelassenes Frischwasser, auf eine geforderte Mindesttemperatur mittels einer Heizungseinrichtung im Spülflüssigkeits-Umwälzkreislauf der Geschirrspülmaschine aufgeheizt und diese aufgeheizte Spülflüssigkeit auf das zu reinigende Spülgut mittels mindestens einer Sprüheinrichtung des Spülflüssigkeits-Umwälzkreislaufes der Geschirrspülmaschine versprüht. Während dieses Reinigungsschritts liegt die Temperatur im Bearbeitungsbehälter 2 vorzugsweise zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50 °C. Nach dem Reinigungsschritt 12 wird anschließend eine Zwischenphase 13 als Wärmetransferschritt vor Beginn einer nachfolgenden Zwischenspülphase, d.h. einem nachfolgenden Zwischenspülgang 14 durchgeführt. Dabei wird die im vorausgehenden Reinigungsschritt 12 aufgeheizte Spülflüssigkeit zweckmäßigerweise noch weiter im Bearbeitungsbehälter 2 gehalten, d.h. noch nicht abgepumpt, sondern dort insbesondere weiterhin mittels der ein oder mehreren Sprüheinrichtungen versprüht. Zur Durchführung des Wärmeenergietransferschritts in der Zwischenphase 13 wird die Umwälzpumpe 6 des PCM-Slurry-Kreislaufes 3 eingeschaltet, so dass Wärmeenergie aus dem Spülbehälter 2, vorzugsweise noch während des Umwälzens von Spülflottenflüssigkeit des Reinigungsschritts 12, über den Wärmetauscher 7 in den Kreislauf 3 übertragen wird. Das PCM-Slurry 4a nimmt dabei Wärmeenergie auf, während durch den Wärmetransfer zum PCM die Spülflottenflüssigkeit und/oder Luft im Spülbehälter 2 abkühlt. Die ggf. abgekühlte Spülflottenflüssigkeit wird wie in konventionellen Geräten nach dem Ende der Zwischenphase 13 aus dem Bearbeitungsbehälter 2 abgepumpt. Das PCM-Slurry 4a wird in das vorzugsweise wärmeisolierte Reservoir 5 gepumpt, so dass die latent gespeicherte und insbesondere für den internen Phasenübergang des PCM´s verwendete Wärmeenergie dort möglichst lange gehalten wird und später wieder abgerufen werden kann.
Insbesondere kann es in Abwandlung hierzu zweckmäßig sein, wenn anstelle der zusätzlichen Einfügung der kompletten Zwischenphase 13 zwischen dem Ende des Reinigungsschritts 12 und dem Beginn der Zwischenspülphase 14 ein zeitlicher Endabschnitt des Reinigungsschritts 12 zumindest teilweise zeitlich überlappend für den Wärmeenergietransfer vom Bearbeitungsbehälter 2 in das PCM 4a des im Kreislauf 3 zirkulierenden Mediums 4 mit herangezogen wird. Dadurch wird eine zu große Programmlaufzeitverlängerung durch den Wärmeenergietransferschritt weitgehend vermieden. Insbesondere kann der komplette Wärmetransferschritt schon während des Reinigungsschritts 12, bevorzugt während dessen Endabschnitts, stattfinden (siehe die zeitliche Überlappung der Zwischenphase 13 während des Endabschnitts 23 des Reinigungsschritts 12 in 4).
Nach dem Wärmeenergietransfer in der Zwischenphase 13 wird die Pumpe 6 im PCM-Slurry-Kreislauf 3 ausgeschaltet, d.h. die Zirkulation des mit PCM 4a versetzten Mediums 4 gestoppt. Die aus dem Bearbeitungsbehälter 2 in der Zwischenphase 13 abgezogene Wärmenergie ist dann im PCM zwischengespeichert, das im Reservoir 5 wärmeisoliert untergebracht ist.
Im Folgenden kann oder können dann nach der Zwischenphase 13, in der der Wärmeenergietransfer vom im Reinigungsschritt 12 mit Wärmeenergie geladenen Bearbeitungsbehälter 2 zum PCM 4a des im Kreislauf 3 zirkulierenden Mediums 4 stattfindet, ein oder mehrere unbeheizte Zwischenspülschritte bzw. Zwischenspülgänge 14 durchgeführt werden, ohne dass dies den Energieinhalt des PCM´s maßgeblich beeinflusst. Der Zwischenspülschritt 14 kommt vorzugsweise ohne Aufheizung der Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter 2 aus. Er wird insbesondere mit „kalt“ eingelassenem Frischwasser durchgeführt.
Die im PCM-Slurry 4a gespeicherte Wärmeenergie wird dann nach dem unbeheizten Zwischenspülschritt 14 in einer Rückübertragungsphase 15 aus dem Phasenwechselmaterial (PCM) in den Bearbeitungsbehälter 2 übertragen. Hierzu wird die Umwälzpumpe 6 eingeschaltet und damit das Medium 4 mit dem in ihm enthaltenen PCM 4a durch den Wärmetauscher 7 geleitet, wodurch die Luft und/oder frisch eingeleitete – und damit kalte – Spülflottenflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter 2 vorgeheizt bzw. vorerwärmt werden kann. Die Rückübertragungsphase 15 kann vorzugsweise nach dem Zwischenspülschritt 14 und vor Beginn des Klarspülschrittes, d.h. Klarspülgangs 16 als eigener Zwischenschritt durchgeführt werden. Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann sich die Rückübertragungsphase 15 mit einem weiteren Programmschritt 16 des Klarspülens, d.h. dem Klarspülschritt 16 teilweise oder ganz überschneiden. Die zeitliche Überschneidung ist in der 4 mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Es ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Umwälzpumpe 6 des PCM-Slurry-Kreislaufes 3 erst zum Beginn des Klarspülens, bevorzugt für einen vorgegebenen Anfangszeitabschnitt 21 der Klarspülphase 16 bezogen auf deren Gesamtzeitdauer eingeschaltet wird und dadurch während dieses Umwälzens des Mediums 4 mit dem PCM 4a die Wärmeübertragung auf die dann frisch eingeleitete Spülflottenflüssigkeit stattfindet. Diese ist insbesondere durch mit Klarspülmittel versetztes Wasser gebildet. Sie wird mit der Umwälzpumpe des Spülflotten-Umwälzkreislaufes umgewälzt und durch die ein oder mehreren Sprüheinrichtungen im Bearbeitungsbehälter 2 verteilt. Durch die Zirkulation des mit PCM 4a versetzten Mediums 4 durch den Wärmetauscher 7 wird die Spülflottenflüssigkeit von ihrer Anfangs- bzw. Einlasstemperatur AT (siehe 4), die sie unmittelbar nach dem Befüllen des Bearbeitungsbehälters aufweist, auf eine dergegenüber höhere Vorerwärmungstemperatur VT (siehe 4) vorgewärmt, so dass zum Erreichen ihrer Soll-Behandlungs- bzw. Soll-Endtemperatur ST (siehe 4) von vorzugsweise mehr als 60°C, beispielsweise 65 °C, ein deutlich verringerter Bedarf an Heizwärmeenergie einer Heizung als im Fall einer konventionellen Geschirrspülmaschine ohne dem Umwälzkreislauf mit dem PCM-Slurry erforderlich ist. Nach der Vorerwärmung wird die Umwälzpumpe 6 in PCM-Slurry-Kreislauf 3 gestoppt, und das entladene PCM-Slurry 4a insbesondere im Reservoir 5 gespeichert. Durch die mittels der PCM-Slurry Umwälzung bewirkte Vorerwärmung der Spülflottenflüssigkeit auf eine über deren Anfangstemperatur AT liegenden Vorerwärmungstemperatur VT ist mittels einer Heizung bzw. Heizungseinrichtung nur noch eine Nachheizenergie zur Überwindung der Differenz zwischen der gewünschten Soll-Behandlungstemperatur ST beim Klarspülen und der durch die PCM-Slurry-Wärmeenergieabgabe bewirkten Vorerwärmungstemperatur VT der Spülflottenflüssigkeit aufzubringen. Diese Nachheizenergie ist geringer als diejenige Aufheizenergie, die bei einer konventionellen Geschirrspülmaschine ohne Umwälzkreislauf mit dem PCM-Slurry für die Aufheizung der Spülflottenflüssigkeit beim Klarspülen von deren Anfangstemperatur AT auf die geforderte Soll-Endtemperatur ST beim Klarspülen erforderlich wäre. Die Vorerwärmungsenergie, um die Spülflottenflüssigkeit von ihrer Anfangstemperatur AT auf ihre Zwischentemperatur VT zu bringen, kann also durch den Transfer von Wärmeenergie eingespart werden, die zuvor aus dem Reinigungsschritt im PCM gespeichert worden ist. Die Temperaturverläufe eines herkömmlichen Geräts und eines erfindungsgemäßen Geräts sind in 4 (Kurve 18 für das herkömmliche Gerät und Kurve 19 für ein erfindungsgemäßes Gerät) gezeigt. Das weitere Aufheizen, d.h. Nachheizen der Spülflottenflüssigkeit kann bei ausgeschalteter PCM-Slurry-Pumpe 6 durch eine hier nicht eingezeichnete Heizung stattfinden. Nach Erreichen der gewünschten Soll-Endtemperatur AT wird die Heizung ausgeschaltet, und das Umwälzen der Spülflottenflüssigkeit wird beendet.
Im dem Klarspülschritt 16 zeitlich nachfolgenden, geschirrspülprogrammabschließenden Trocknungsschritt bzw. Trocknungsgang 17 wird die Umwälzpumpe 6 im PCM-Slurry-Kreislauf 3 für das PCM wieder eingeschaltet. Der bezüglich der Wärmeenergie zu Beginn des Klarspülschritts 16 entleerte PCM-Slurry 4a kann damit die Wärmeenergie aus dem Spülbehälter 2 im Trocknungsgang 17 aufnehmen, indem die feuchte Luft im Spülbehälter 2 am Wärmetauscher 7 auskondensiert. In dieser Phase 17 ist damit der Wärmetauscher 7 zwischen dem Kreislauf 3 mit PCM und dem Bearbeitungsbehälter 2 als Kondensationsfläche nutzbar. Dabei bleibt die Temperatur am Wärmetauscher 7 vorzugsweise nahe an der Phasenwechseltemperatur des PCM. Zur weiteren Verbesserung des Trocknungsergebnisses kann auch das Gebläse 8 im Bearbeitungsbehälter 2 eingeschaltet werden, so dass die Konvektion im Inneren des Bearbeitungsbehälters 2 erhöht wird. Das Gebläse 8 wird also vorzugsweise beim Trocknungsgang des Spülgangs des jeweilig durchzuführenden Geschirrspülprogramms eingeschaltet, während es bei den vorausgehenden, flüssigkeitsführenden Teilspülgängen des Spülgangs ausgeschaltet ist. Auch ist es denkbar, während des Trocknens 17 die Umwälzpumpe 6 für das PCM enthaltende Medium 4 erst verzögert einzuschalten, um einen Teil der Feuchtigkeit zunächst an den Behälterwänden des Bearbeitungsbehälters 2 auskondensieren zu lassen („herkömmliche“ Eigenwärmetrocknung). Auch andere Abläufe von Programmphasen sind möglich. Mit der Erfindung kann in jedem Fall Wärmeenergie aus einer Spülphase 12, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter 2 zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C liegt, in Phasenwechselmaterial (PCM) übertragen werden und vor einem Klarspülgang 16, für den eine Soll-Behandlungstemperatur ST, insbesondere von mehr als 60°C, im Bearbeitungsbehälter 2 gefordert ist, vom PCM in den Bearbeitungsbehälter 2 weitestgehend rückübertragen werden, um damit die im PCM gespeicherte Wärmeenergie zur Vorheizung bzw. Vorerwärmung von neu zugeführter Spülflottenflüssigkeit zu nutzen.
Eine weitere Energieeinsparung lässt sich erreichen, indem die während des Trocknens im PCM-Slurry 4a gespeicherte Wärmeenergie zum Vorwärmen eines Teilspülprogramms wie z.B. des Vorspülgangs bzw. Vorspülschritts 11 oder Reinigungsschritts 12 eines erst später folgenden Spülprogramms (zum Beispiel am nächsten Tag) verwendet wird. Dazu wird das Reservoir 5 möglichst gut isoliert, so dass die Wärmeenergie auch über einen längeren Stillstand der Geschirrspülmaschine nicht in die Umgebung entweicht. Die Isolierung des Reservoirs wird in diesem Fall vorzugsweise mit einem hochisolierenden Material erreicht, zum Beispiel Aerogele, Styropor und Nano-Schäume).
In der 4 ist die Vorerwärmung der Spülflottenflüssigkeit durch den Wärmeenergietransfer aus dem PCM in den Bearbeitungsbehälter 2 während eines Anfangsabschnitts 22 des Reinigungsschritts 12 eines späteren Geschirrspülprogramms veranschaulicht. Es ist im Vergleich zu einer konventionellen Geschirrspülmaschine dann nur noch eine Nachaufheizung auf eine gewünschte Soll-Reinigungstemperatur HT mit einem geringeren Energieaufwand durch die im Spülflottenflüssigkeits-Umwälzkreislauf vorhandene Flüssigkeitsheizung erforderlich.
Ein Verfahren, wie beschrieben, ist in verschiedenen Haushaltsgeräten durchführbar, auch kann ein solcher Kreislauf 3 mit Reservoir 5 und Wärmetauscher 7 u. U. auch nachrüstbar sein. Das Verfahren zur Energieübertragung und -rückübertragung ist daher eigenständig unter Schutz gestellt.
In 4 ist der gesamte Ablauf der Programmschritte als Temperatur-Zeit-Kurve 18 für ein herkömmliches Haushaltsgerät sowie als Kurve 19 für ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät 1 dargestellt. Zusätzlich ist die Wärmeaufnahme des PCM über die Zeit t als weitere Kurve 20 eingezeichnet. Entlang der Abszisse ist die Zeit t, entlang der Ordinaten die Temperatur T aufgetragen.
Es wird deutlich, dass insbesondere in der Aufheizphase für den Klarspülgang 16 durch den Wärmetransfer aus dem PCM von einer höheren Ausgangstemperatur im Behälter 2 ausgegangen werden kann und sich damit eine maßgebliche Energieeinsparung ergibt. Zusätzlich wird die Trocknungsenergie im PCM gespeichert und kann für einen später kommenden Spülgang als Entlastung in der Vorheizphase eines Teilspülgangs mit zu erwärmender Spülflottenflüssigkeit und/oder Luft wie z.B. beim Vorspülgang bereitgestellt werden. Hierzu kann auch eine Temperaturerfassung im Reservoir vorgesehen sein, so dass das Gerät 1 dann selbständig ermitteln kann, ob ein Umpumpen des PCM´s 4a lohnenswert ist oder die Temperatur dort soweit gesunken ist, dass keine energetische Unterstützung für den Behandlungs- bzw. Bearbeitungsbehälter 2 mehr zu erwarten ist.
Verallgemeinert betrachtet wird mittels des Umwälzkreislaufes PCM-Slurry, d.h. in einem förderfähigem Medium enthaltenes PCM über einen Wärmetauscher, der mit dem Bearbeitungsbehälter thermisch gekoppelt ist, Wärmeenergie aus dem Bearbeitungsbehälter am Ende und/oder nach Durchführung eines Teilspülgangs wie z.B. eines Reinigungsgangs, bei dem Spülflottenflüssigkeit und/oder Luft im Innenraum des Bearbeitungsbehälters mittels einer Heizungseinrichtung aufgeheizt worden ist, in das PCM transferiert und im PCM während zumindest eines nachfolgenden Teilspülgangs wie z.B. einem Zwischenspülgang zwischengespeichert, für den keine Aufheizung bzw. Erwärmung der Spülflottenflüssigkeit und/oder der Luft im Innenraum des Bearbeitungsbehälters auf eine bestimmte Mindesttemperatur gefordert ist. Vor und/oder am Anfang eines zeitlich nachfolgenden Teilspülgangs, für den eine Aufheizung der Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Innenraum des Bearbeitungsbehälters auf eine Soll-Behandlungstemperatur gefordert ist, kann nun die im PCM gespeicherte Wärmeenergie aus diesem durch Durchleiten des mit dem PCM versetzten Mediums durch den Wärmetauscher in das Innere des Bearbeitungsbehälters teilweise oder ganz zurück transferiert werden, so dass durch diese Wärmerückübertragung aus dem PCM eine Vorerwärmung der Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Innenraum des Bearbeitungsbehälters bewirkt werden kann und somit die Aufheizung auf die gewünschte Soll-Behandlungstemperatur zumindest teilweise unterstützt ist. Um die Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter noch von der Vorerwärmungstemperatur auf die gewünschte Soll-Behandlungstemperatur, d.h. Zieltemperatur für den Teilspülgang mit zu erwärmender Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter zu bringen, genügt lediglich eine Nachheizung mittels einer Heizungseinrichtung, die weniger Wärmeenergie als im Fall einer konventionell konstruierten Geschirrspülmaschine ohne PCM-Slurry benötigt, bei der mehr durch die Heizungseinrichtung erzeugte Wärmeenergie für eine Aufheizung des Innenraums des Bearbeitungsbehälters von der Anfangstemperatur auf die gewünschte Soll-Behandlungstemperatur erforderlich ist. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Geschirrspülmaschine wird also Wärmeenergie, die in einem Teilspülgang mit aufzuheizender Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit durch eine Heizungseinrichtung erzeugt worden ist, im PCM zwischengespeichert und aus diesem erst dann wieder abgegeben, wenn eine Aufheizung von Luft und/oder Spülflottenflüssigkeit im Bearbeitungsbehälter in einem späteren Teilspülgang desselben Spülgangs oder eines späteren Spülgangs gefordert ist. Es ist also ein Wärmespeichersystem bereitgestellt, das lediglich durch Fördern von einem fließfähigen Medium, in dem PCM enthalten ist, ermöglicht, über einen mit dem Bearbeitungsbehälter thermisch gekoppelten Wärmetauscher Wärmeenergie aus dem Bearbeitungsbehälter abzuziehen oder in umgekehrte Richtung in diesen hinein abzugeben. Dabei ist keine Wärmepumpe oder eine sonstige aktiv wärmeübertragende Einrichtung erforderlich. Es genügt in vorteilhafter Weise lediglich ein Umwälzkreislauf, der den „passiv“ arbeitenden Wärmetauscher, eine Umwälzpumpe und ein Reservoir für das PCM enthaltende Medium umfasst. Ggf. kann das Reservoir in einer vereinfachten Ausführungsvariante bereits durch die Zu- und Ableitungen des Umwälzkreislaufes zum und vom Wärmetauscher gebildet sein. Diese Zu- und Ableitungen können zweckmäßigerweise wärmeisoliert sein. Vorteilhaft ist aber ein eigens vorgesehener Speicherbehälter, in dem das mit PCM versetzte Medium zwischengespeichert werden kann, insbesondere dann, wenn die Umwälzpumpe im Wärmespeicherkreislauf ausgeschaltet ist.
Das Reservoir ist über den Wärmetauscher mit dem Bearbeitungsbehälter dadurch thermisch koppelbar, dass mittels der Förderpumpe das flüssige, mit PCM versetzte Medium aus dem Reservoir durch den Wärmetauscher gefördert wird. Wenn die Förderpumpe ausgeschaltet ist, ist das Reservoir vom Bearbeitungsbehälter thermisch entkoppelt. Dadurch kann die vom PCM zwischengespeicherte Wärmeenergie im Reservoir unabhängig vom jeweiligen Teilspülgang des Spülgangs des jeweilig gewählten Geschirrspülprogramms aufbewahrt werden. Wenn die Förderpumpe eingeschaltet ist und das flüssige, das PCM enthaltende Medium aus dem Reservoir zum Wärmetauscher und durch diesen hindurch gefördert ist, findet der jeweilig gewünschte Wärmeenergietransfer zwischen dem PCM des geförderten Mediums und dem Bearbeitungsbehälter statt. Im Einzelnen kann dies eine Wärmeenergieaufnahme des PCM´s aus dem Bearbeitungsbehälter sein, wenn die Temperatur im Bearbeitungsbehälter größer als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s ist. Dies ist z.B. am Ende des Reinigungsgangs oder Trocknungsgangs des Spülgangs eines Geschirrspülprogramms gegeben. Umgekehrt kann dies eine Wärmeenergieabgabe des PCM´s an den Bearbeitungsbehälter sein, wenn die Temperatur im Bearbeitungsbehälter kleiner als die Phasenwechseltemperatur des PCM´s ist. Dies ist z.B. zu Beginn des Klarspülgangs des Spülgangs eines Geschirrspülprogramms gegeben, wenn für das Klarspülen kaltes Frischwasser in den Bearbeitungsbehälter eingefüllt worden ist.
Insbesondere kann es ggf. zweckmäßig sein, wenn zumindest ein erstes Reservoir und zumindest ein zweites Reservoir vorgesehen sind, die mit dem zwischen ihnen angeordneten Wärmetauscher über ein oder mehrere Leitungen verbunden sind. In mindestens einer der Leitungen und/oder in mindestens einem Reservoir ist ein Fördermittel wie z.B. eine Pumpe vorgesehen. Das PCM enthaltende Medium kann dann zwischen den beiden oder mehreren Reservoirs vorzugsweise mehrfach hin- und herbewegt werden und den zwischen ihnen angeordneten Wärmetauscher vorzugsweise in Hin- und Rückrichtung mehrfach durchlaufen. Auch durch diese Art von Umwälzkreislauf ist ein effektiver Wärmetransfer zwischen dem Wärmetauscher und dem Bearbeitungsbehälter in Hin- und Rückrichtung bereitgestellt, wenn das PCM enthaltende Medium wiederholt zwischen den beiden Reservoirs hin- und hergepumpt wird.
Um im Ausschaltzustand der Förderpumpe 6 weitgehend zu vermeiden, dass das PCM enthaltende Medium 4 im Kreislauf 3 ungewollt z.B. aufgrund von Wärmekonvektion aus dem Reservoir 5 zum Wärmetauscher 7 fließt und dadurch im PCM gespeicherte Wärmeenergie verloren geht, kann es insbesondere zweckmäßig sein, im Kreislauf 3 zusätzlich Mittel zur Unterbrechung bzw. Absperrung oder Hemmung des Flusses des PCM 4a enthaltenden Mediums 4 vorzusehen. Zweckmäßigerweise kann ein solches Mittel z.B. am Ausgang AG´ und/oder am Eingang EG´ des Reservoirs 5, oder im an das Reservoir ausgangsseitig angeschlossenen Anfangsabschnitt der Zuführleitung ZL und/oder im an das Reservoir eingangsseitig angeschlossenen Endabschnitt der Abführleitung AL in den Kreislauf 3 eingefügt sein. Ein solches Mittel kann insbesondere durch ein Absperrventil oder durch ein Thermosiphon (Wärmefalle) gebildet sein. In der 1 ist in Zirkulationsrichtung ZR betrachtet nach dem Reservoir 5 im ausgangsseitig angeschlossenen Anfangsabschnitt der Zuführleitung ZL ein solches Absperr- bzw. Unterbrechungsmittel oder Zirkulationshemmungsmittel strichpunktiert angedeutet und mit TS bezeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Haushaltsgerät,
2: Bearbeitungsbehälter, zum Beispiel Spülbehälter,
3: Kreislauf,
4: Medium,
4a: Phasenwechselmaterial,
5: Reservoir,
6: Umwälzpumpe,
7: Wärmetauscher,
7a: Leitplatten,
8: Gebläse,
9: Energieaustausch,
10: Windungen
11: Vorspülen/Vorspülschritt,
12: Spülphase/Reinigungsschritt,
13: Wärmeübertragungsphase,
14: Zwischenspülen/Zwischenspülschritt,
15: Wärmerückübertragungsphase,
16: Klarspülphase/Klarspülschritt,
17: Trocknungsphase/Trocknungsschritt,
18: Temperaturverlauf für ein herkömmliches Gerät,
19: Temperaturverlauf für ein erfindungsgemäßes Gerät
20: Verlauf der Wärmeaufnahme im PCM
21: Anfangszeitabschnitt beim Klarspülschritt
22: Anfangszeitabschnitt beim Reinigungsschritt
23: Endabschnittbeim Reinigungsschritt
AT: Anfangstemperatur
VT: Vorerwärmungstemperatur
ST: Soll-Endtemperatur
HT: Soll-Reinigungstemperatur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009049066 A1 [0002, 0008]

Claims

Haushaltsgerät (1), insbesondere Geschirrspülmaschine, wobei zur Ermöglichung einer Trocknung von in einem Bearbeitungsbehälter (2), insbesondere Spülbehälter, enthaltenen Gut, zumindest ein Reservoir (5) eines Mediums (4) mit Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) mit Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) durch einen Wärmetauscher (7) leitbar ist, der in Wirkkontakt mit dem Bearbeitungsbehälter (2) steht und darüber mit diesem Wärmeenergie austauschen kann (9).
Haushaltsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) in einem den Wärmetauscher (7) und/oder das Reservoir (5) enthaltenden Kreislauf (3) umwälzbar ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (7) auf im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters (2) befindliche Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit einwirken kann.
Haushaltsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bearbeitungsraum (2) zumindest ein Gebläse (8) zugeordnet ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) sog. PCM-Slurry (4a) enthält oder durch sog. PCM-Slurry (4a) gebildet ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses frei von einer Wärmepumpe ausgebildet ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieses frei von einer aktiv wärmeübertragenden Einrichtung ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dieses während eines Zeitabschnitts (23), insbesondere Endabschnitts einer Spülphase, und/oder nach einer Spülphase (12) eines Betriebsgangs, insbesondere während eines Zeitabschnitts (23) eines Reinigungsgangs des Spülgangs eines Geschirrspülprogramms nach Erreichen der Höchsttemperatur (HT) des Spülgangs, bei welcher, insbesondere bei welchem, die Temperatur im Bearbeitungsbehälter (2) zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C, liegt, über den Wärmetauscher (7) Wärmeenergie (–Q) aus dem Bearbeitungsbehälter (2) in das Reservoir (5) mit dem Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) enthaltenden Medium (4) überträgt (13), insbesondere über den Wärmetauscher (7) in einen das PCM enthaltenden Kreislauf (3).
Haushaltsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach der benannten Wärmeenergieübertragung (13) in das Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) zumindest einen Zwischenspülgang (14) durchführt, der insbesondere unbeheizt ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses nach der Spülphase (12) eines Betriebsgangs, insbesondere nach einem Reinigungsgang des Spülgangs eines Geschirrspülprogramms, bei welcher, insbesondere bei welchem, die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C, liegt, und ggf. nach einem der Spülphase (12) nachfolgenden Zwischenspülgang (14) über den Wärmetauscher (7) eine Wärmeenergierückübertragung (15) aus dem Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) in den Bearbeitungsbehälter (2) durchführt.
Haushaltsgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mit der aus dem PCM (4a) über den Wärmetauscher (7) in den Bearbeitungsbehälter (2) übertragenen Wärmeenergie ein Klarspülgang (16) durchführbar ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit der aus dem PCM (4a) über den Wärmetauscher (7) in den Bearbeitungsbehälter (2) übertragenen Wärmeenergie (+Q) während eines anfänglichen Zeitabschnitts (21) des Klarspülgangs (16), für den eine Soll-Behandlungstemperatur (ST), bevorzugt von mehr als 60°C, gefordert ist, die Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit im Bearbeitungsraum des Bearbeitungsbehälters (2) auf eine Vorerwärmungstemperatur (VT) vorerwärmbar ist, die höher als die Ausgangstemperatur (AT) der Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit zu Beginn des Klarspülgangs (16) und insbesondere niedriger als die gewünschte Soll-Behandlungstemperatur ist.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Wärmeenergie (–Q) aus einer Spülphase (12) eines Betriebsgangs, insbesondere aus einem Reinigungsgang eines Geschirrspülprogramms, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50 °C liegt, über den Wärmetauscher (7) in Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) überträgt und die im Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) zwischengespeicherte Wärmeenergie (+Q) ggf. nach mindestens einem der Spülphase (12) zeitlich nachfolgenden Zwischenspülgang (14) vor einem Klarspülgang (16) und/oder während eines anfänglichen Zeitabschnitts eines Klarspülgangs (16), für den eine bestimmte Soll-Behandlungstemperatur, insbesondere von mehr als 60°C gefordert ist, in den Bearbeitungsbehälter (2) weitestgehend rücküberträgt.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Trocknungsphase (17) des zu bearbeitenden Guts ein Teilbereich des Wärmetauschers (7) als Kondensationsfläche für die im Bearbeitungsbehälter (2) befindliche Luft und/oder Behandlungsflüssigkeit nutzbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Haushaltsgeräts, insbesondere einer Geschirrspülmaschine, wobei zur Ermöglichung einer Trocknung von in einem Bearbeitungsbehälter (2), insbesondere Spülbehälter, enthaltenem Gut, zumindest ein Reservoir (5) eines Mediums (4) mit Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) vorgesehen ist, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium (4) mit Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) durch einen Wärmetauscher (7) geleitet wird, der in Wirkkontakt mit dem Bearbeitungsbehälter (2) steht und darüber mit diesem Wärmeenergie austauschen kann (9).
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Betriebsgang des Haushaltsgeräts eine Spülphase (12) durchgeführt wird, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter (2) zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C, liegt, und während dieser Spülphase (12) und/oder anschließend Wärmeenergie (–Q) aus dem Bearbeitungsbehälter (2) in das Reservoir (5) mit dem das Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) enthaltende Medium (4) über den mit dem Bearbeitungsbehälter (2) in Kontakt stehenden Wärmetauscher (7) übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Wärmeübertragung (13) in das Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) zumindest ein Zwischenspülgang (14) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Spülphase (12) eines Betriebsgangs, insbesondere nach einem Reinigungsgang einer Geschirrspülmaschine, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter (2) zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C, liegt, und ggf. nach mindestens einem der Spülphase (12) zeitlich nachfolgenden Zwischenspülgang (14) eine Wärmerückübertragung (15) aus dem Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) in den Bearbeitungsbehälter (2) durchgeführt wird, um dort ein Aufheizen zumindest zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mit der aus dem im Medium (4) enthaltenen PCM (4a) in den Bearbeitungsbehälter (2) rückübertragenen Wärmeenergie (+Q) die Erwärmung für einen Klarspülgang (16) zumindest teilweise durchgeführt wird, für den eine bestimmte Soll-Behandlungstemperatur, insbesondere von mehr als 60°C, gefordert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeenergie (–Q) aus einer Spülphase (12) eines Betriebsgangs, insbesondere eines Reinigungsgangs eines Geschirrspülprogramms, bei der die Temperatur im Bearbeitungsbehälter zwischen ca. 35°C und 55°C, insbesondere zwischen ca. 40°C und 50°C liegt, aus dem Behandlungsbehälter (2) über den Wärmetauscher (7) in Phasenwechselmaterial (PCM) (4a) übertragen und vor einem Klarspülgang (16) und/oder während eines anfänglichen Zeitabschnitts eines Klarspülgangs (16), für den eine bestimmte Soll-Behandlungstemperatur (ST), insbesondere von mehr als 60°C gefordert ist, weitestgehend rückübertragen wird.