DE102022000060A1 - Device for cleaning items to be cleaned - Google Patents
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Abstract
2.1 Vorrichtungen zur Reinigung von Reinigungsgut sind insbesondere in Form von Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen weit verbreitet. Nach Stand der Technik erfolgt die Erwärmung des darin verwendeten Prozesswassers im Regelfall durch einen elektrischen Heizstab, welcher elektrische Energie in die gleiche Menge Wärmeenergie umwandelt. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die Erwärmung des Prozesswassers energieeffizienter vornimmt und gegenüber dem bisherigem Stand der Technik einen verringerten Energiebedarf aufweist.2.2 Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung (10) zur Reinigung von Reinigungsgut bereitgestellt, umfassend eine Prozesskammer (14) zur Aufnahme von Reinigungsgut und eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (12), welche wenigstens einen Kältemittelverdichter (16) und wenigstens einen Kältemittelkondensator (18) zur Übertragung der Wärme des Kältemittels auf zur Reinigung des Reinigungsgutes vorgesehenes Prozesswasser aufweist. Der Kältemittelverdampfer (20) der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist mit einem Gebläse (22) versehen, welches dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch den Kältemittelverdampfer (20) zu befördern und dadurch das Kältemittel im Kältemittelverdampfer (20) zu erwärmen.2.3 Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur energieeffizienten Reinigung von Textilien oder Geschirr verwendet werden.2.1 Devices for cleaning items to be cleaned are particularly widespread in the form of washing machines and dishwashers. According to the state of the art, the process water used in it is usually heated by an electric heating element, which converts electrical energy into the same amount of heat energy. The object of the invention is to provide a device which heats the process water more energy-efficiently and has a reduced energy requirement compared to the prior art. 2.2 According to the invention, a device (10) for cleaning items to be cleaned is provided, comprising a process chamber (14) for receiving items to be cleaned and an air-water heat pump (12) which has at least one refrigerant compressor (16) and at least one coolant condenser (18) for transferring the heat of the refrigerant to the process water provided for cleaning the items to be cleaned. The refrigerant evaporator (20) of the air-to-water heat pump is provided with a fan (22) which is designed to convey ambient air through the refrigerant evaporator (20) and thereby heat the refrigerant in the refrigerant evaporator (20).2.3 A device according to the invention can be used in particular for the energy-efficient cleaning of textiles or dishes.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere Waschmaschine oder Geschirrspülmaschine, zur Reinigung von Reinigungsgut, umfassend eine Prozesskammer, welche dazu eingerichtet ist, Reinigungsgut aufzunehmen.The present invention relates to a device, in particular a washing machine or dishwasher, for cleaning items to be cleaned, comprising a process chamber which is set up to accommodate items to be cleaned.
Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen zählen mit zu den größten Stromverbrauchern in Privathaushalten. Nachdem der Verbreitungsgrad solcher Geräte in Industrieländern sehr hoch ist, hat der kumulierte Stromverbrauch all dieser Haushaltsgeräte zusammen einen beachtlichen Anteil am landesweiten Gesamtstromverbrauch. Energiesparende Haushaltsgeräte leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Vermeidung von Treibhausgasemissionen und zum Klimaschutz.Washing machines and dishwashers are among the largest consumers of electricity in private households. Since such devices are very widespread in industrialized countries, the cumulative power consumption of all these household devices together accounts for a considerable proportion of the country's total power consumption. Energy-saving household appliances thus make an important contribution to avoiding greenhouse gas emissions and protecting the climate.
Weltweit werden zunehmend Kraftwerke installiert, welche erneuerbare Energiequellen nutzen. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang insbesondere Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen und solarthermische Kraftwerke. Diese haben die Eigenschaft, dass ihre Stromerzeugung zeitlich fluktuiert. Photovoltaikanlagen können bei Nacht keinen Beitrag zur Stromerzeugung leisten sind bei Tag vom Bewölkungsgrad abhängig. Die Erzeugungsleistung von Windkraftanlagen hängt ebenfalls stark von den meteorologischen Gegebenheiten ab. In einem von erneuerbaren Energiequellen dominierten Stromnetz ergeben sich daher Phasen der Überproduktion von Strom, aber gegebenenfalls auch Phasen des Strommangels. Dem geregelten Zu- und Abschalten von Verbrauchern (Lastmanagement, „Demand Side Management“) kommt daher eine zunehmende Bedeutung zu. Insbesondere kommt zunehmend der sogenannte „Power-to-Heat“ Ansatz zur Anwendung, welcher darauf basiert, redundante elektrische Leistung in nutzbare Wärme umzuwandeln, beispielsweise in Fernwärmenetzen oder elektrisch betriebenen Heizungsanlagen. Kleinskalige, dezentrale Elektrogeräte, welche zum Zwecke des Lastmanagements fernsteuerbar sind, werden oft als „Smart-Grid Geräte“ bezeichnet.Power plants that use renewable energy sources are increasingly being installed worldwide. In this context, particular mention should be made of wind turbines, photovoltaic systems and solar thermal power plants. These have the property that their power generation fluctuates over time. Photovoltaic systems cannot contribute to power generation at night and depend on the degree of cloudiness during the day. The generating capacity of wind turbines also depends heavily on the meteorological conditions. In an electricity grid dominated by renewable energy sources, there are therefore phases of overproduction of electricity, but possibly also phases of electricity shortage. The regulated switching on and off of consumers (load management, "demand side management") is therefore becoming increasingly important. In particular, the so-called "power-to-heat" approach, which is based on converting redundant electrical power into usable heat, is increasingly being used, for example in district heating networks or electrically operated heating systems. Small-scale, decentralized electrical devices that can be remotely controlled for load management purposes are often referred to as "smart grid devices".
Der überwiegende Teil des Stromverbrauchs einer Waschmaschine, wie auch eine Geschirrspülmaschine, entfällt auf die Erwärmung des Waschwassers. Bis auf wenige Ausnahmen dient bei heutigen Geräten nach wie vor ein elektrisches Heizelement zur Erwärmung des Prozesswassers, welches elektrische Energie in die gleiche Menge thermischer Energie umwandelt. Während reine Elektroheizungen in der Gebäudetechnik aus Effizienzgründen längst verdrängt wurden, stellen diese bei Wasch- und Geschirrspülmaschinen noch immer den Stand der Technik dar. Ferner haben heutige Wasch- und Geschirrspülmaschinen fast alle die Eigenschaft, das warme Prozesswasser nach Beendigung eines warmen Reinigungsvorgangs über eine Abwasserleitung in die Kanalisation zu pumpen, ohne dass die darin enthaltene Wärmeenergie noch einer Nutzung zugeführt würde.The vast majority of the power consumption of a washing machine, like a dishwasher, is due to heating the washing water. With a few exceptions, today's devices still use an electrical heating element to heat the process water, which converts electrical energy into the same amount of thermal energy. While pure electric heaters in building technology have long been pushed out for reasons of efficiency, they still represent the state of the art for washing machines and dishwashers. Furthermore, almost all of today's washing machines and dishwashers have the property of discharging the warm process water via a waste water pipe after the end of a warm cleaning process to be pumped into the sewage system without the thermal energy contained therein being put to any further use.
Deutlich effizienter lässt sich Wasser unter dem Einsatz elektrischer Energie erwärmen, wenn eine Wärmepumpe zum Einsatz kommt, welche einem kalten Wärmereservoir in ihrer Umgebung Wärme entzieht und diese dem zu erwärmenden Wasser als Nutzwärme zuführt. Der Quotient aus der an das Wasser abgegebenen thermischen Energie und der dafür eingesetzten elektrischen Energie wird üblicherweise als die Wirkzahl einer Wärmepumpe bezeichnet, bzw. im Englischen als „coefficient of performance“, kurz COP. Diese Wirkzahl ist ultimativ durch die Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik limitiert, welche als obere Schranke den Wirkungsgrad des Carnot'sehen Kreisprozesses setzt. Dieser Wirkungsgrad ist umso niedriger, je höher der Temperaturunterschied zwischen den beiden Wärmereservoiren ist, aus deren Kälterem die Wärmepumpe Wärme in das Wärmere transferiert. Die Wirkzahlen realer Implementierungen von Wärmepumpen bleiben üblicherweise weit unterhalb des Carnot-Limits. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen, welche in der Gebäudetechnik zunehmend Verwendung finden und die Außenluft als kaltes Wärmereservoir nutzen, sind Wirkzahlen der Größenordnung von 3 bis 5 üblich.Water can be heated much more efficiently using electrical energy if a heat pump is used, which extracts heat from a cold heat reservoir in its vicinity and feeds it to the water to be heated as useful heat. The quotient of the thermal energy delivered to the water and the electrical energy used for this is usually referred to as the effective number of a heat pump, or in English as the "coefficient of performance", COP for short. This effective number is ultimately limited by the laws of thermodynamics, which sets the efficiency of Carnot's cycle process as the upper limit. This degree of efficiency is lower, the higher the temperature difference between the two heat reservoirs, from the colder part of which the heat pump transfers heat to the warmer part. The effective numbers of real implementations of heat pumps usually remain far below the Carnot limit. With air-water heat pumps, which are increasingly used in building technology and use the outside air as a cold heat reservoir, effective numbers of the order of 3 to 5 are common.
Aus der
Sowohl aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Aus der
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Reinigung von Reinigungsgut bereitzustellen, welche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Reinigungsvorrichtungen einen reduzierten Energieverbrauch aufweist.Against this background, the object of the invention is to provide a device for cleaning items to be cleaned which has a reduced energy consumption compared to the cleaning devices known from the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung, insbesondere eine Waschmaschine oder eine Geschirrspülmaschine, zur Reinigung von Reinigungsgut gelöst, umfassend eine Prozesskammer, welche dazu eingerichtet ist, Reinigungsgut aufzunehmen, und eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, wobei die Luft-Wasser-Wärmepumpe wenigstens einen Kältemittelverdichter zur Erwärmung eines Kältemittels und wenigstens einen Kältemittelkondensator zur Übertragung der Wärme des Kältemittels auf zur Reinigung des Reinigungsgutes vorgesehenes Prozesswasser aufweist.This object is achieved according to the invention by a device, in particular a washing machine or a dishwasher, for cleaning items to be cleaned, comprising a process chamber which is designed to accommodate items to be cleaned, and an air-to-water heat pump, the air-to-water heat pump having at least one Has a refrigerant compressor for heating a refrigerant and at least one refrigerant condenser for transferring the heat of the refrigerant to the process water provided for cleaning the items to be cleaned.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere als ein Haushaltsgerät ausgebildet sein, welches im Allgemeinen als „weiße Ware“ bekannt ist. Solch ein Haushaltsgerät umfasst üblicherweise ein Gehäuse, in welchem die Prozesskammer untergebracht sein kann, wenigstens einen Stromanschluss und wenigstens einen Zufluss sowie wenigstens einen Abfluss, wobei Letztere üblicherweise dazu eingerichtet sind, Prozesswasser in die Vorrichtung einzuleiten bzw. Prozesswasser aus der Vorrichtung abzuleiten. Die Prozesskammer kann abhängig von Beschaffenheit und Volumen des aufzunehmenden Reinigungsgutes ausgebildet sein. Als Beispiel für eine entsprechende Prozesskammer kann unter anderem ein zylinderförmiger Waschbottich einer Waschmaschine oder eine quaderförmige Spülkammer einer Spülmaschine angesehen werden. Ferner ist die Prozesskammer dazu eingerichtet, nach Aufnahme des Reinigungsgutes, beispielsweise Textilien oder Geschirr, wenigstens teilweise mit Prozesswasser befüllt zu werden. Optional kann dem Prozesswasser vor dem Befüllen der Prozesskammer oder in der Prozesskammer ein Reinigungsmittel beigemischt werden.The device according to the invention can in particular be embodied as a household appliance, which is generally known as “white goods”. Such a household appliance usually includes a housing in which the process chamber can be accommodated, at least one power connection and at least one inflow and at least one outflow, with the latter usually being set up to introduce process water into the device or drain process water out of the device. The process chamber can be designed depending on the nature and volume of the items to be cleaned. A cylindrical washing tub of a washing machine or a cuboid rinsing chamber of a dishwasher can be regarded as an example of a corresponding process chamber. Furthermore, the process chamber is set up to be at least partially filled with process water after receiving the items to be cleaned, for example textiles or dishes. Optionally, a cleaning agent can be added to the process water before filling the process chamber or in the process chamber.
Die Reinigung von Reinigungsgut wird üblicherweise bei einer Temperatur durchgeführt, welche über der Zimmertemperatur liegt und eine gewünschte Prozesstemperatur darstellt. Daher ist es notwendig, das Prozesswasser auf eine gewünschte Prozesstemperatur zu erwärmen. Erfindungsgemäß ist zur Erwärmung des Prozesswassers eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bereitgestellt, welche ein Kältemittel befördert, welches sich bei Normalbedingungen in einem gasförmigen Zustand befindet. Als Kältemittel können neben Kohlenstoffdioxid (R744) insbesondere Kohlenwasserstoffe oder halogenierte Kohlenwasserstoffe in Betracht kommen, beispielsweise 1,1,1,2-Tetrafluorethan (R134a), Difluormethan (R32), Propan (R290), Isobutan (R600a), oder Gemische aus fluorierten Kohlenwasserstoffen, beispielsweise R407c, R410a oder R404a.The cleaning of items to be cleaned is usually carried out at a temperature which is above room temperature and represents a desired process temperature. It is therefore necessary to heat the process water to a desired process temperature. According to the invention, an air-water heat pump is provided for heating the process water, which conveys a refrigerant which is in a gaseous state under normal conditions. In addition to carbon dioxide (R744), hydrocarbons or halogenated hydrocarbons in particular can be considered as refrigerants, for example 1,1,1,2-tetrafluoroethane (R134a), difluoromethane (R32), propane (R290), isobutane (R600a), or mixtures of fluorinated ones Hydrocarbons, for example R407c, R410a or R404a.
Zur Erwärmung des Prozesswassers umfasst die Luft-Wasser-Wärmepumpe der erfindungsgemäßen Vorrichtung einen elektrisch angetriebenen Kältemittelverdichter, welcher beispielsweise als ein Kolbenverdichter oder ein Scroll-Kompressor ausgebildet ist, und einen Kältemittelkondensator, in welchem das verdichtete Kältemittel Wärme an das zu erwärmende Prozesswasser abgeben kann und dabei einen Phasenübergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand durchläuft.To heat the process water, the air-water heat pump of the device according to the invention comprises an electrically driven refrigerant compressor, which can be used, for example, as a piston compressor or a scroll compressor. Compressor is formed, and a refrigerant condenser, in which the compressed refrigerant can give off heat to the process water to be heated and thereby undergoes a phase transition from the gaseous to the liquid state of aggregation.
Um die von der Luft-Wasser-Wärmepumpe erzeugte Wärme möglichst effizient auf Prozesswasser in der Prozesskammer zu übertragen, kann es insbesondere vorteilhaft sein, dass der Kältemittelkondensator in thermischem Kontakt mit der Prozesskammer steht. Um das Prozesswasser in der Prozesskammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erwärmen, kann der Kältemittelkondensator in einem unteren Bereich der Prozesskammer angeordnet sein, so dass dieser während eines Reinigungsvorgangs von Prozesswasser wenigstens teilweise bedeckt ist. Der Kältemittelkondensator, welcher beispielsweise als eine mäanderförmig verlaufende Rohrkonstruktion ausgebildet sein kann, kann insbesondere aus einem Werkstoff hergestellt sein, welcher gegenüber dem Prozesswasser und dem darin gelösten Reinigungsmittel eine hinreichend hohe chemische Resistenz aufweist. Optional kann der Kältemittelkondensator aus einem biegsamen bzw. flexiblen Material hergestellt sein, um sich im Zuge von Vibrationen oder anderweitigen Bewegungen, welche während eines Reinigungsvorgangs innerhalb der Prozesskammer auftreten können, verformen zu können.In order to transfer the heat generated by the air-to-water heat pump to the process water in the process chamber as efficiently as possible, it can be particularly advantageous for the refrigerant condenser to be in thermal contact with the process chamber. In order to heat the process water in the process chamber of the device according to the invention, the refrigerant condenser can be arranged in a lower area of the process chamber, so that it is at least partially covered by process water during a cleaning process. The refrigerant condenser, which can be designed, for example, as a meandering tubular structure, can in particular be made of a material that has a sufficiently high chemical resistance to the process water and the cleaning agent dissolved therein. Optionally, the refrigerant condenser can be made of a pliable or flexible material in order to be able to deform in the course of vibrations or other movements that can occur during a cleaning process within the process chamber.
Alternativ kann der Kältemittelkondensator als ein Durchlauferhitzer für Wasser in Form eines Wärmetauschers ausgebildet sein, durch welchen das Prozesswasser mithilfe einer Pumpe gefördert wird. Dazu umfasst der Wärmetauscher insbesondere zwei Kreislaufsysteme, wobei in einem ersten Kreislaufsystem das Kältemittel zirkuliert und in einem zweiten Kreislaufsystem das zu erwärmende Prozesswasser. Das zweite Kreislaufsystem ist dazu eingerichtet, Prozesswasser von der Prozesskammer zu dem Wärmetauscher und von dem Wärmetauscher in die Prozesskammer zu fördern. Durch das zweite Kreislaufsystem kann Prozesswasser, welches zuvor über den Wärmetauscher erwärmt wurde, effizient durch die Prozesskammer gepumpt werden und Wärme dadurch gleichmäßig in der Prozesskammer verteilen. Der als Wärmetauscher ausgebildete Kältemittelkondensator der Luft-Wasser-Wärmepumpe kann dabei insbesondere außerhalb der Prozesskammer angeordnet sein. Ein externer Wärmetauscher hat dabei den Vorteil, dass dieser bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten leichter zu erreichen ist und nicht erst aus der Prozesskammer ausgebaut werden muss.
In solch einem Fall kann der Wärmetauscher konstruktiv derart ausgeführt sein, dass nach Beendigung des Erwärmens des Prozesswassers möglichst wenig Prozesswasser in dem Wärmetauscher zurückbleibt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Wärmetauscher ein möglichst kleines Eigenvolumen auf der Wasserseite aufweist oder dass dieser nach dem Erwärmen des Prozesswassers entleert wird. Letzteres kann passiv, zum Beispiel indem der Wärmetauscher oberhalb der Prozesskammer angeordnet ist und das Prozesswasser nach dem Abschalten einer Förderpumpe, welche das Prozesswasser durch den Kältemittelkondensator pumpt, unter dem Einfluss der Schwerkraft selbstständig abläuft, oder aktiv erfolgen, indem eine Förderpumpe und Umschaltventile dafür sorgen, dass das Prozesswasser aus dem Wärmetauscher befördert wird und ein Nachfließen von weiterem Prozesswasser unterbunden wird. Insbesondere kann auch eine Luftpumpe zum Einsatz kommen, welche restliches Prozesswasser aus dem Wärmetauscher ausbläst. Um bei der Erwärmung von Prozesswasser eine luftblasenfreie Befüllung der Wasserseite des Wärmetauscher mit Prozesswasser zu erreichen, kann eine Vakuumpumpe vorgesehen sein, welche den Wärmetauscher evakuiert oder den Luftdruck in diesem zumindest unter den Sättigungsdampfdruck von Wasser absenkt, so dass entstehender Wasserdampf die Restluft weitgehend verdrängt. Vorteilhafte Realisierungsformen eines als Wärmetauscher ausgeführten Kältemittelkondensators sind beispielsweise ein Edelstahl-Plattenwärmetauscher, welcher durch Hartlöten mit einem kupferhaltigen Lot aus Edelstahlblechen gefertigt wurde, oder eine koaxiale Rohrkonstruktion, bei welcher ein inneres, von Kältemittel durchströmtes Rohr koaxial von einem zweiten Rohr nach außen hin umschlossen ist, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren von Prozesswasser durchströmt wird. Insofern der Wärmetauscher aufgrund seiner Bauart dafür anfällig ist, dass sich im Prozesswasser befindliche Stoffe in diesem abscheiden und seine Funktion beeinträchtigen, kann diesem ein Filter vorgeschaltet sein, der derartige Stoffe zurückhält, beispielsweise in Form eines feinmaschigen Siebes.Alternatively, the refrigerant condenser can be designed as a flow heater for water in the form of a heat exchanger, through which the process water is conveyed using a pump. For this purpose, the heat exchanger comprises in particular two circuit systems, the refrigerant circulating in a first circuit system and the process water to be heated in a second circuit system. The second circulatory system is set up to convey process water from the process chamber to the heat exchanger and from the heat exchanger into the process chamber. The second circulation system allows process water, which was previously heated via the heat exchanger, to be efficiently pumped through the process chamber, thereby distributing heat evenly in the process chamber. The refrigerant condenser of the air-to-water heat pump, which is designed as a heat exchanger, can in particular be arranged outside of the process chamber. An external heat exchanger has the advantage that it is easier to reach for maintenance or repair work and does not have to be removed from the process chamber first.
In such a case, the heat exchanger can be structurally designed in such a way that as little process water as possible remains in the heat exchanger after the heating of the process water has ended. This can be achieved by the heat exchanger having the smallest possible internal volume on the water side or by emptying it after the process water has been heated. The latter can be passive, e.g. by arranging the heat exchanger above the process chamber and allowing the process water to drain automatically under the influence of gravity after a feed pump that pumps the process water through the refrigerant condenser has been switched off, or actively by a feed pump and switching valves taking care of this that the process water is conveyed out of the heat exchanger and further process water is prevented from flowing in. In particular, an air pump can also be used, which blows out the remaining process water from the heat exchanger. In order to achieve air bubble-free filling of the water side of the heat exchanger with process water when heating process water, a vacuum pump can be provided, which evacuates the heat exchanger or lowers the air pressure in it at least below the saturation vapor pressure of water, so that the water vapor produced largely displaces the residual air. Advantageous forms of realization of a refrigerant condenser designed as a heat exchanger are, for example, a stainless steel plate heat exchanger, which was manufactured from stainless steel sheets by hard soldering with a solder containing copper, or a coaxial tube construction in which an inner tube through which refrigerant flows is coaxially enclosed by a second tube on the outside , whereby the space between the two pipes is traversed by process water. Insofar as the heat exchanger, due to its design, is prone to substances in the process water precipitating in it and impairing its function, a filter which retains such substances, for example in the form of a fine-meshed sieve, can be connected upstream of this.
Vorzugsweise kann die Luft-Wasser-Wärmepumpe einen unter Druck stehenden Kältemittelkreislauf aufweisen, durch welchen das Kältemittel gepumpt wird. Insofern die Luft-Wasser-Wärmepumpe als Kreislaufsystem ausgebildet ist, kann sie ferner wenigstens einen Kältemittelverdampfer zur Verdampfung von kondensiertem Kältemittel und wenigstens ein Gebläse zur Erwärmung von verdampftem Kältemittel durch Umgebungsluft umfassen. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Kältemittelverdampfer, in welchem das Kältemittel verdampft und dabei Wärme aufnimmt, der Luft-Wasser-Wärmepumpe als ein Wärmetauscher ausgebildet sein, durch welchen ein Gebläse Umgebungsluft hindurch fördern kann. Dabei kann innerhalb des Kältemittelverdampfers eine Kältemittelleitung bereitgestellt sein, welche beispielsweise als ein Metallrohr ausgebildet ist und vorzugsweise mäanderförmig angeordnet ist, wobei die Kältemittelleitung wärmeleitend mit einer Mehrzahl von parallelen Metalllamellen verbunden sein kann.Preferably, the air-to-water heat pump may have a pressurized refrigerant circuit through which the refrigerant is pumped. If the air-to-water heat pump is designed as a circulatory system, it can also include at least one refrigerant evaporator for evaporating condensed refrigerant and at least one fan for heating evaporated refrigerant with ambient air. In the device according to the invention, the refrigerant evaporator, in which the refrigerant evaporates and thereby absorbs heat, of the air-to-water heat pump can be designed as a heat exchanger through which a fan can convey ambient air. It can be provided within the refrigerant evaporator, a refrigerant line, which at is designed, for example, as a metal tube and is preferably arranged in a meandering shape, it being possible for the refrigerant line to be connected in a thermally conductive manner to a plurality of parallel metal fins.
Vorzugsweise kann die Luftführung des Gebläses derart ausgeführt sein, dass die Vorrichtung bzw. das Gehäuse der Vorrichtung mit wenigstens einer Eintrittsöffnung für Umgebungsluft ausgestattet ist, durch welche Umgebungsluft vorzugsweise im Bereich der Vorrichtungsvorderseite angesaugt wird, und mit wenigstens einer Austrittsöffnung, durch welche die Luft nach Durchlauf des Kältemittelverdampfers vorzugsweise im Bodenbereich oder an der Rück- oder Seitenwand der Vorrichtung bzw. des Gehäuses der Vorrichtung wieder ausgeblasen werden kann. Die Lufteintritts- und Luftaustrittsöffnungen können derart ausgebildet sein, dass ein vollständiger Berührschutz für bewegte Bauteile des Gebläses gegeben ist. Im Kältemittelverdampfer auskondensierender Wasserdampf aus der Umgebungsluft kann in Form von flüssigem Kondenswasser aufgefangen und entweder über eine Abwasserleitung bzw. einen Abfluss der Vorrichtung entsorgt oder für Reinigungsvorgänge nutzbar gemacht werden.The air routing of the blower can preferably be designed in such a way that the device or the housing of the device is equipped with at least one inlet opening for ambient air, through which ambient air is sucked in, preferably in the area of the front of the device, and with at least one outlet opening, through which the air Flow of the refrigerant evaporator can be blown out again preferably in the bottom area or on the rear or side wall of the device or the housing of the device. The air inlet and air outlet openings can be designed in such a way that there is complete protection against accidental contact for moving components of the fan. Water vapor from the ambient air condensing out in the refrigerant evaporator can be collected in the form of liquid condensed water and either disposed of via a waste water line or a drain of the device or made usable for cleaning processes.
Darüber hinaus kann der Kältemittelkreislauf ein Expansionsventil zwischen dem Kältemittelkondensator und dem Kältemittelverdampfer aufweisen, welches für die Einstellung eines adäquaten Druckgradienten zwischen diesen beiden Komponenten des Kältemittelkreislaufs sorgt. Im einfachsten Fall kann das Expansionsventil als eine Kapillare ausgeführt sein, mehr Freiheitsgrade bei der Regelung der Luft-Wasser-Wärmepumpe bieten jedoch steuerbare Expansionsventile, welche durch einen mechanischen Thermostat oder eine elektrische Stellvorrichtung betätigt werden können. Des Weiteren kann der Kältemittelkreislauf einen Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel umfassen, welcher dem Kältemittelkondensator nachgeschaltet ist, und einen Abscheider für flüssiges Kältemittel, welcher dem Kältemittelverdichter vorgeschaltet ist und verhindert, dass inkompressible Flüssigphase in eine Ansaugleitung des Kältemittelverdichters gerät.In addition, the refrigerant circuit can have an expansion valve between the refrigerant condenser and the refrigerant evaporator, which ensures that an adequate pressure gradient is set between these two components of the refrigerant circuit. In the simplest case, the expansion valve can be designed as a capillary, but controllable expansion valves, which can be actuated by a mechanical thermostat or an electrical actuator, offer more degrees of freedom in controlling the air-water heat pump. Furthermore, the refrigerant circuit may include a liquid refrigerant receiver, which is downstream of the refrigerant condenser, and a liquid refrigerant separator, which is upstream of the refrigerant compressor and prevents incompressible liquid phase from getting into a suction line of the refrigerant compressor.
Für die Zuführung von Frischwasser zu der bzw. in die erfindungsgemäße Vorrichtung kann die Vorrichtung an wenigstens eine Frischwasserleitung angeschlossen sein, wobei das Frischwasser zur Reinigung von Reinigungsgut als Prozesswasser eingesetzt werden kann und insbesondere der Prozesskammer zugeführt werden kann. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Speicherung des Frischwassers wenigstens einen Frischwasserbehälter aufweisen. Der Frischwasserbehälter ist vorteilhafterweise dazu eingerichtet, Frischwasser zu speichern und erst dann an die Prozesskammer abzugeben, wenn ein Reinigungsvorgang unmittelbar bevorsteht oder wenn Frischwasser über die Luft-Wasser-Wärmepumpe erwärmt werden soll, beispielsweise für die bevorstehende Verwendung als Prozesswasser. Der Frischwasserbehälter kann insbesondere eine thermische Isolierung aufweisen, um darin Frischwasser in einem erwärmten Zustand über einen längeren Zeitraum verlustarm zu speichern.For the supply of fresh water to or into the device according to the invention, the device can be connected to at least one fresh water line, wherein the fresh water can be used as process water for cleaning items to be cleaned and in particular can be supplied to the process chamber. Furthermore, the device according to the invention for storing the fresh water can have at least one fresh water tank. The fresh water tank is advantageously set up to store fresh water and only release it to the process chamber when a cleaning process is imminent or when fresh water is to be heated via the air-to-water heat pump, for example for the forthcoming use as process water. The fresh water tank can in particular have thermal insulation in order to store fresh water therein in a heated state over a longer period of time with little loss.
Ein weiteres technisches Merkmal der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Nutzung bzw. die Rückgewinnung von Abwasserwärme. Herkömmlicherweise wird das Prozesswasser nach dem Ende eines Reinigungsvorgangs durch einen Abfluss abgeleitet, um das gesäuberte Reinigungsgut nachfolgenden Prozessschritten unterziehen zu können oder es aus der Prozesskammer entnehmen zu können. Bei diesem Vorgang geht jedoch jegliche im Prozesswasser gespeicherte Wärmeenergie verloren. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung daher einen Wärmetauscher auf, welcher dazu eingerichtet ist, Wärme von dem durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe erwärmten Prozesswasser auf Umgebungsluft oder auf Frischwasser zu übertragen. Der Wärmetauscher kann insbesondere derart an die Vorrichtung angeschlossen sein, dass er im Anschluss an einen warmen Reinigungsvorgang von erwärmtem Prozesswasser durchströmt werden kann, wobei das entsprechende Prozesswasser im Folgenden auch als Abwasser bezeichnet wird.Another technical feature of the present invention relates to the use or recovery of waste heat. Conventionally, the process water is drained off after the end of a cleaning process through a drain in order to be able to subject the cleaned items to be cleaned to subsequent process steps or to be able to remove them from the process chamber. However, any thermal energy stored in the process water is lost in this process. In an advantageous embodiment, the device according to the invention therefore has a heat exchanger which is set up to transfer heat from the process water heated by the air-to-water heat pump to ambient air or to fresh water. The heat exchanger can in particular be connected to the device in such a way that heated process water can flow through it following a warm cleaning process, with the corresponding process water also being referred to below as waste water.
Um die Wärme des Abwassers auf die Vorrichtung umgebende Umgebungsluft zu transferieren, kann der Wärmetauscher als ein Wasser-Luft-Wärmetauscher ausgebildet sein, welcher eine Mehrzahl von Lamellen aufweist und mit einem Gebläse ausgestattet ist, wobei das Gebläse zur Wärmeübertragung von Abwasser auf Umgebungsluft dazu eingerichtet ist, Umgebungsluft durch den Wärmetauscher hindurch zu fördern. Es ist ebenso denkbar, dass der Wasser-Luft-Wärmetauscher in Form einer flachen Wassertasche beispielsweise an den Seitenwänden, an der Rückseite oder an der Vorderseite der Vorrichtung angeordnet sein kann, so dass sich die entsprechende Außenseite der Vorrichtung erwärmt und Wärme an die Umgebungsluft abgegeben wird. Die Außenseite der Vorrichtung kann dazu vorteilhafter Weise mit einer Beschichtung, beispielsweise einem Heizkörperlack, versehen werden, welche eine Emission von Wärmestrahlung fördert. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das warme Abwasser eine gewisse Zeitspanne in der Wassertasche verbleibt, bis dessen Temperatur auf Raumtemperatur abgesunken ist. Sofern ein Wärmetauscher verwendet wird, welcher als eine Wassertasche ausgebildet ist, kann die Vorrichtung vorteilhafter Weise mit zwei Abwasserpumpen oder mit einer Abwasserpumpe mit nachgeschalteten Umschaltventilen ausgestattet sein, so dass Abwasser aus der Prozesskammer wahlweise in den Wärmetauscher oder direkt in einen Abfluss gepumpt werden kann. Zur Entleerung der Wassertasche nach weitgehender Abkühlung ihres Inhalts kann eine zusätzliche Pumpe vorgesehen sein, welche den Inhalt der Wassertasche zu dem Abfluss der Vorrichtung befördert.In order to transfer the heat from the waste water to the ambient air surrounding the device, the heat exchanger can be designed as a water-air heat exchanger which has a plurality of fins and is equipped with a fan, the fan being set up to transfer heat from waste water to the ambient air is to convey ambient air through the heat exchanger. It is also conceivable that the water-air heat exchanger can be arranged in the form of a flat water pocket, for example on the side walls, on the back or on the front of the device, so that the corresponding outside of the device heats up and heat is released into the ambient air becomes. For this purpose, the outside of the device can advantageously be provided with a coating, for example a radiator paint, which promotes the emission of thermal radiation. Provision can also be made for the warm waste water to remain in the water pocket for a certain period of time until its temperature has dropped to room temperature. If a heat exchanger is used, which is designed as a water pocket, the device can advantageously be equipped with two sewage pumps or with a sewage pump with downstream switching valves, so that waste water water can be pumped from the process chamber either into the heat exchanger or directly into a drain. To empty the water bag after its contents have largely cooled down, an additional pump can be provided, which conveys the contents of the water bag to the outlet of the device.
Alternativ kann die Wassertasche mit einem Überlauf ausgebildet sein, welcher mit dem Abfluss der Vorrichtung verbunden ist, so dass das abgekühlte Abwasser in der Vorrichtung verbleiben kann, bis im Zuge eines nachfolgenden Reinigungsvorgangs erneut warmes Abwasser in die Wassertasche gepumpt wird und das bereits abgekühlte Abwasser durch den Überlauf verdrängt.Alternatively, the water bag can be designed with an overflow, which is connected to the outflow of the device, so that the cooled waste water can remain in the device until, in the course of a subsequent cleaning process, warm waste water is pumped into the water bag again and the already cooled waste water is pumped through suppresses the overflow.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Wärmetauscher als ein Behälter mit zwei getrennten Kammern bereitgestellt sein, deren erste für Abwasser und deren zweite für Frischwasser vorgesehen ist, wobei eine Trennwand, welche zwischen der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist, aus einem Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit gefertigt sein kann und die Kammer für Abwasser so ausgeführt sein kann, dass diese in gutem thermischen Kontakt zur Umgebungsluft steht. Dies erlaubt insbesondere eine teilweise Nutzbarmachung der Abwasserwärme eines ersten warmen Reinigungsvorgangs für einen zweiten, auf den ersten folgenden Reinigungsvorgang, indem die zweite Kammer mit Frischwasser gefüllt wird. Dies kann zu einem Wärmeübergang von warmen Abwasser auf das Frischwasser führen, bis sich die Temperaturen des Abwassers und des Frischwassers nach einer gewissen Zeitspanne angeglichen haben. Das dadurch erwärmte Frischwasser aus der zweiten Kammer kann anschließend für den zweiten Reinigungsvorgang genutzt werden, für welchen es dann optional durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe nacherwärmt werden kann.In a further alternative embodiment, the heat exchanger can be provided as a tank with two separate chambers, the first of which is intended for waste water and the second of which is intended for fresh water, with a partition wall arranged between the first and second chamber being made of a material with good Thermal conductivity can be made and the chamber for waste water can be designed so that it is in good thermal contact with the ambient air. In particular, this allows a partial use of the heat from the waste water from a first warm cleaning process for a second cleaning process that follows the first, in that the second chamber is filled with fresh water. This can lead to a heat transfer from warm waste water to the fresh water until the temperatures of the waste water and the fresh water have equalized after a certain period of time. The fresh water from the second chamber that is heated in this way can then be used for the second cleaning process, for which it can then optionally be reheated by the air-water heat pump.
Zur weiteren Steigerung der Energieeffizienz der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann warmes Abwasser ferner durch einen nach dem Gegenstromprinzip arbeitenden Wasser-Wasser-Wärmetauscher gepumpt werden, in welchem die Wärme des Abwassers auf frisches Leitungswasser übertragen werden kann. Der Wasser-Wasser-Wärmetauscher kann insbesondere derart ausgestaltet und angeordnet sein, dass das Abwasser an dessen Oberseite in eine erste Kammer eintritt und an dessen Unterseite abgekühlt austritt. Das Frischwasser kann an der Unterseite des Wasser-Wasser-Wärmetauschers in eine zweite Kammer eintreten und im aufgewärmten Zustand an dessen Oberseite austreten. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass sich in dem Wasser-Wasser-Wärmetauscher ein kontinuierlicher Temperaturgradient in vertikaler Richtung einstellt und sich unter dem Einfluss der Schwerkraft eine gegen Konvektion stabile Wärmeschichtung ausbildet. Der Wasser-Wasser-Wärmetauscher kann mit einer großen Kontaktfläche zwischen den beiden Kammern bereitgestellt sein und mit niedrigen Flussraten durchströmt werden, so dass ein effizienter Wärmeübertrag zwischen Frischwasser und Abwasser stattfinden kann.To further increase the energy efficiency of the device according to the invention, warm waste water can also be pumped through a water-water heat exchanger that works according to the countercurrent principle, in which the heat of the waste water can be transferred to fresh tap water. The water-water heat exchanger can in particular be designed and arranged in such a way that the waste water enters a first chamber at its top and exits cooled at its bottom. The fresh water can enter a second chamber at the bottom of the water-water heat exchanger and exit at the top in the heated state. In this way it can be achieved that a continuous temperature gradient is set in the vertical direction in the water-water heat exchanger and a heat stratification that is stable against convection is formed under the influence of gravity. The water-water heat exchanger can be provided with a large contact area between the two chambers and can be flowed through with low flow rates, so that an efficient heat transfer between fresh water and waste water can take place.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich mit einem thermisch isolierten Frischwasserbehälter ausgestattet sein, in welchen das erwärmte Frischwasser nach Durchlauf des Wasser-Wasser-Wärmetauschers fließen kann. Wird nach einem warmen Reinigungsschritt ein Abpumpvorgang initiiert, so können insbesondere zeitgleich zwei Flüssigkeitsströme mit möglichst identischem Massenstrom in Gang gesetzt werden. Einerseits kann eine Abwasserpumpe das warme Abwasser aus der Prozesskammer durch den Wasser-Wasser-Wärmetauscher hindurch in eine Abwasserleitung der Vorrichtung fördern. Andererseits kann ein Zufluss von Frischwasser in die Vorrichtung initiiert werden. Das Frischwasser strömt in diesem Fall durch den Wasser-Wasser-Wärmetauscher und gelangt anschließend in den isolierten Frischwasserbehälter. Ist die Prozesskammer durch den Abpumpvorgang vollständig entleert, so kann es vorteilhaft sein, das Restwasser aus den beiden Kammern des Wasser-Wasser-Wärmetauschers zu entfernen, beispielsweise durch Abpumpen oder Ausblasen mit Luft. Hierfür können zusätzliche Pumpen und Ventile vorgesehen sein.The device according to the invention can additionally be equipped with a thermally insulated fresh water tank into which the heated fresh water can flow after passing through the water-water heat exchanger. If a pumping-out process is initiated after a warm cleaning step, two liquid flows with a mass flow that is as identical as possible can be set in motion at the same time. On the one hand, a waste water pump can convey the warm waste water from the process chamber through the water-water heat exchanger into a waste water line of the device. On the other hand, an inflow of fresh water into the device can be initiated. In this case, the fresh water flows through the water-water heat exchanger and then reaches the insulated fresh water tank. If the process chamber is completely emptied by the pumping process, it can be advantageous to remove the residual water from the two chambers of the water-water heat exchanger, for example by pumping or blowing out with air. Additional pumps and valves can be provided for this purpose.
Insofern auf einen Abwasserwärme-Rückgewinnungsvorgang ein weiterer warmer Reinigungsvorgang folgen soll, so kann das dafür benötigte Frischwasser vorrangig nicht aus einer Frischwasser-Zulaufleitung der Vorrichtung bezogen werden, sondern aus dem isolierten Frischwasserbehälter. Zu diesem Zweck ist eine Förderpumpe vorgesehen, welche Wasser vom Frischwasserbehälter zu der Prozesskammer der Vorrichtung fördert, wobei ein Wasserstrom gegebenenfalls durch eine Reinigungsmittel-Einspülkammer geleitet werden kann. Übersteigt die Temperatur des im Frischwasserbehälter befindlichen Frischwassers die Solltemperatur bzw. die Prozesstemperatur für einen nachfolgenden warmen Reinigungsvorgang, so kann kaltes Frischwasser aus der Zulaufleitung im benötigten Verhältnis beigemischt werden. Insofern die Frischwassertemperatur im isolierten Frischwasserbehälter hingegen zu niedrig für den nachfolgenden Reinigungsvorgang ist, so kann das Prozesswasser beispielsweise unter Einsatz der Luft-Wasser-Wärmepumpe zusätzlich erwärmt werden.If a further warm cleaning process is to follow a waste water heat recovery process, the fresh water required for this cannot primarily be obtained from a fresh water supply line of the device, but from the insulated fresh water tank. A feed pump is provided for this purpose, which feeds water from the fresh water tank to the process chamber of the device, it being possible for a flow of water to be passed through a cleaning agent dispensing chamber. If the temperature of the fresh water in the fresh water tank exceeds the setpoint temperature or the process temperature for a subsequent warm cleaning process, cold fresh water from the inlet line can be added in the required ratio. However, if the fresh water temperature in the insulated fresh water tank is too low for the subsequent cleaning process, the process water can be additionally heated using the air-water heat pump, for example.
Falls eine Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in absehbarer Zukunft nicht vorgesehen sein sollte, sich jedoch erwärmtes Frischwasser in dem isolierten Frischwasserbehälter befindet, so kann das erwärmte Frischwasser gewünschtenfalls in die Prozesskammer gepumpt werden, welche eine geringere thermische Isolierung als der Frischwasserbehälter aufweist, so dass die Wärme des Frischwassers über die Prozesskammer an Umgebungsluft abgegeben werden kann.If the device according to the invention will not be used in the foreseeable future, but there is heated fresh water in the insulated fresh water tank, if desired, the heated fresh water can be pumped into the process chamber, which has less thermal insulation than the fresh water tank, so that the heat from the fresh water can be released to the ambient air via the process chamber.
Die beschriebene Abwasserwärme-Rückgewinnung erlaubt es insbesondere bei zeitlich dicht aufeinanderfolgenden warmen Reinigungsvorgängen einen erheblichen Teil der Erwärmungsenergie des Prozesswassers einzusparen, da nur bei dem ersten warmen Reinigungsvorgang eine vollständige Prozesswassererwärmung durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe erforderlich ist, während bei nachfolgenden Reinigungsvorgängen die Abwasserwärme des jeweils vorangegangenen warmen Reinigungsvorgangs genutzt werden kann.The waste water heat recovery described allows a considerable part of the heating energy of the process water to be saved, especially in the case of warm cleaning processes that follow one another in quick succession, since only the first warm cleaning process requires complete process water heating by the air-water heat pump, while the waste water heat of the each previous warm cleaning process can be used.
Insofern mit dem Reinigungsvorgang mit der höchsten Solltemperatur begonnen wird und die nachfolgenden ebenfalls warmen Reinigungsvorgänge nach monoton fallender Solltemperatur sortiert werden, so kann sich insbesondere der Fall einstellen, dass einzelne Reinigungsvorgänge gänzlich ohne weiteren Einsatz von Erwärmungsenergie auskommen können.Insofar as the cleaning process starts with the highest target temperature and the subsequent cleaning processes, which are also warm, are sorted according to monotonically falling target temperature, the situation can arise in particular that individual cleaning processes can do without any further use of heating energy.
Durch die nahezu adiabatische Verdichtung des Kältemittels im Kältemittelverdichter, die Erwärmung der stromdurchflossenen Motorwicklungen des Kältemittelverdichtermotors und interne Reibungsverluste innerhalb des Kältemittelverdichters, kann es in dem Kältemittelverdichter zu erheblicher Wärmeentwicklung kommen. Während des Betriebs des Kältemittelverdichters stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, in welchem die im Kältemittelverdichter auftretende Heizleistung, abzüglich etwaiger Wärmeverluste an die Umgebung, dem durch das Kältemittel abgeführten Nettowärmestrom entspricht. Dieser Gleichgewichtszustand stellt sich bei relativ hoher Temperatur ein, so dass die Hochdruckseite des Kältemittelverdichters oft die wärmste Stelle im gesamten Kältemittelkreislauf darstellt. Wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe abgeschaltet, so bleibt der Kältemittelverdichter üblicherweise in einem erwärmten Zustand zurück, ohne dass die in diesem enthaltene thermische Energie noch einer weiteren Nutzung zugeführt würde. In einer optionalen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung daher ferner dazu eingerichtet sein, durch den Betrieb des Kältemittelverdichters anfallende Wärme auf Prozesswasser oder auf Frischwasser zu übertragen. Der Kältemittelverdichter kann diesbezüglich mit Kühlwasserkanälen oder einer Wassertasche ausgebildet sein, durch welche nach dem Abschalten der Luft-Wasser-Wärmepumpe Prozesswasser oder Frischwasser gefördert werden kann, um die Restwärme des Kältemittelverdichters zum Erwärmen des entsprechenden Wassers nutzbar machen zu können. Es ist ebenso denkbar, die Durchströmung des Kältemittelverdichters bereits während dessen laufenden Betriebes durchzuführen.Due to the almost adiabatic compression of the refrigerant in the refrigerant compressor, the heating of the current-carrying motor windings of the refrigerant compressor motor and internal friction losses within the refrigerant compressor, considerable heat can be generated in the refrigerant compressor. During the operation of the refrigerant compressor, a state of equilibrium is established in which the heat output occurring in the refrigerant compressor, minus any heat losses to the environment, corresponds to the net heat flow dissipated by the refrigerant. This state of equilibrium occurs at a relatively high temperature, so that the high-pressure side of the refrigerant compressor is often the warmest point in the entire refrigerant circuit. If the air-to-water heat pump is switched off, the refrigerant compressor usually remains in a heated state without the thermal energy contained in it being put to any further use. In an optional embodiment, the device according to the invention can therefore also be set up to transfer heat that occurs as a result of the operation of the refrigerant compressor to process water or to fresh water. In this regard, the refrigerant compressor can be designed with cooling water ducts or a water pocket, through which process water or fresh water can be conveyed after the air-water heat pump has been switched off, in order to be able to use the residual heat of the refrigerant compressor to heat the corresponding water. It is also conceivable to carry out the flow through the refrigerant compressor while it is in operation.
Ferner kann das soeben beschriebene Prinzip der Wärmegewinnung optional auch auf andere, wärmeerzeugende bzw. wärmeabstrahlende Bauteile der Vorrichtung angewendet werden. Nennenswert ist an dieser Stelle insbesondere ein Elektromotor, welcher beispielsweise die Waschtrommel einer Waschmaschine oder eine Umwälzpumpe einer Geschirrspülmaschine antreibt. Durch den elektrischen Widerstand der Motorwicklungen kann es zu einer Dissipation von elektrischer Leistung innerhalb des Elektromotors kommen. Die dadurch freigesetzte Wärme kann analog zu der durch den Betrieb des Kältemittelverdichters entstandenen Wärme nutzbar gemacht werden.Furthermore, the principle of heat generation just described can optionally also be applied to other heat-generating or heat-radiating components of the device. At this point, an electric motor is particularly worth mentioning, which drives, for example, the washing drum of a washing machine or a circulating pump of a dishwasher. The electrical resistance of the motor windings can lead to a dissipation of electrical power within the electric motor. The heat released as a result can be utilized in the same way as the heat generated by the operation of the refrigerant compressor.
Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Umschalteinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe wahlweise ein Erwärmen des Prozesswassers in der Prozesskammer oder ein Erwärmen des Frischwassers im Frischwasserbehälter zu ermöglichen. Falls kein zu reinigendes Reinigungsgut vorhanden ist, die Vorrichtung aus gegebenem Anlass über die Luft-Wasser-Wärmepumpe dennoch Wärme erzeugen kann, so ist die Vorrichtung über die Umschaltvorrichtung vorteilhafterweise in der Lage, ein Erwärmen von Frischwasser in dem Frischwasserbehälter durchzuführen. Nachdem das Frischwasser hinreichend erwärmt worden ist kann die Umschalteinrichtung gewünschtenfalls ein Erwärmen von Prozesswasser in der Prozesskammer über die Luft-Wasser-Wärmepumpe ermöglichen.The device according to the invention can optionally include a switching device which is set up to allow the air-water heat pump to selectively heat the process water in the process chamber or heat the fresh water in the fresh water tank. If there are no items to be cleaned but the device can still generate heat via the air-water heat pump for a given reason, the device is advantageously able to heat fresh water in the fresh water tank via the switching device. After the fresh water has been sufficiently heated, the switching device can, if desired, enable process water to be heated in the process chamber via the air-water heat pump.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerungselektronik zur Steuerung der Umschalteinrichtung und Temperatursensoren zur Überwachung der Wassererwärmung auf. Durch die Steuerungselektronik kann ein Benutzer der Vorrichtung beispielsweise dazu in der Lage sein, auszuwählen, ob die Luft-Wasser-Wärmepumpe das Prozesswasser in der Prozesskammer erwärmen soll oder ob Frischwasser in dem Frischwasserbehälter erwärmt werden soll. Außerdem kann die Steuerelektronik der Vorrichtung mit einer Funktion ausgestattet sein, auch außerhalb eines Reinigungsvorgangs und auch in Abwesenheit von Reinigungsgut in der Prozesskammer die Luft-Wasser-Wärmepumpe zu aktivieren und das im Frischwasserbehälter befindliche Frischwasser zu erwärmen, um negative Regelleistung für das öffentliche Stromnetz oder das Hausnetz, in welchem sich die Vorrichtung befindet, bereitzustellen. Insbesondere kann die Steuerelektronik mit einer Empfangsvorrichtung versehen sein, welche dergestalt eingerichtet ist, dass über diese Daten oder Steuerbefehle von einem Energiemanagementsystem empfangen werden können.In an advantageous embodiment, the device according to the invention has control electronics for controlling the switching device and temperature sensors for monitoring the water heating. For example, the control electronics can enable a user of the device to select whether the air/water heat pump should heat the process water in the process chamber or whether fresh water in the fresh water tank should be heated. In addition, the control electronics of the device can be equipped with a function to activate the air-water heat pump and to heat the fresh water in the fresh water tank outside of a cleaning process and also in the absence of items to be cleaned in the process chamber in order to generate negative control power for the public power grid or to provide the home network in which the device is located. In particular, the control electronics can be provided with a receiving device which is set up in such a way that it can be used to receive data or control commands from an energy management system.
Ferner kann die Steuerelektronik der Vorrichtung anhand einer Benutzereingabe, aufgrund einer Messung der Umgebungstemperatur der Vorrichtung, aufgrund einer Kommunikation mit einer Heizung- oder Klimaanlage des umgebenden Gebäudes oder aufgrund einer Abfrage meteorologischer Daten entscheiden, ob eine Abkühlung eines Abstellraums der Vorrichtung wünschenswert ist. Um auch komplexe Steuer- und Kommunikationsalgorithmen auf der erfindungsgemäßen Vorrichtung implementieren zu können und diese bei einem im Haushalt eines Benutzers befindlichen Gerät auch nachträglich leicht und ohne physischen Zugang zu dem Gerät an aktuelle Gegebenheiten anpassen zu können, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafter Weise mit einer Steuerelektronik ausgestattet werden, welche nicht nur programmierbare Logikbausteine, beispielsweise Mikrocontroller, CPLD („Complex Programmable Logic Device“) oder FPGA („Field Programmable Gate Array“), nutzen kann, sondern einen internetfähigen Steuercomputer mit Prozessor und Betriebssystem umfasst, beispielsweise einen Einplatinencomputer. Die Vorrichtung kann in diesem Fall mit Anschlüssen für einen Computerbildschirm und für Eingabegeräte, beispielsweise Maus und Tastatur, versehen sein oder solche Geräte fest verbaut aufweisen, so dass der Benutzer auch zahlreiche Funktionen eines Bürocomputers auf der Vorrichtung nutzen kann, insbesondere auch eine Internetverbindung herstellen kann.Furthermore, the control electronics of the device can decide based on a user input, based on a measurement of the ambient temperature of the device, based on communication with a heating or air conditioning system in the surrounding building or based on a query of meteorological data, whether cooling of a storage room of the device is desirable. In order to also be able to implement complex control and communication algorithms on the device according to the invention and to be able to adapt them to current conditions in a device located in a user's household later on easily and without physical access to the device, the device according to the invention can advantageously be equipped with control electronics be equipped, which not only uses programmable logic components, such as microcontrollers, CPLD (“Complex Programmable Logic Device”) or FPGA (“Field Programmable Gate Array”), but also includes an Internet-enabled control computer with a processor and operating system, for example a single-board computer. In this case, the device can be provided with connections for a computer screen and for input devices, such as a mouse and keyboard, or have such devices permanently installed, so that the user can also use numerous functions of an office computer on the device, and in particular can also establish an Internet connection .
Insbesondere kann die Vorrichtung mit einer Fernwartungsfunktion versehen sein und über eine eingebaute oder extern angeschlossene Kamera die Möglichkeit zum Abhalten von Videokonferenzen bieten. Bei Betriebsstörungen der Vorrichtung kann dem Benutzer so die Möglichkeit geboten werden, über eine Videoverbindung Kontakt zum Kundendienst aufzunehmen und aufgetretene Defekte an der Vorrichtung über die Fernwartungsfunktion diagnostizieren zu lassen. Ein Probebetrieb der Vorrichtung mit dem Ziel, ein zuvor aufgetretenes Fehlerbild zu reproduzieren und zu diagnostizieren, kann so ohne Anfahrt des Kundendienstes in Gegenwart des Benutzers der Vorrichtung durchgeführt werden, wobei der Benutzer über die Videoverbindung instruiert werden kann, bestimmte Schritte vorzunehmen, beispielsweise das Einlegen von Reinigungsgut oder ein Aufdrehen eines Wasserhahns. Somit können notwendige Reparaturmaßnahmen vor Ort zielgerichteter vorbereitet werden.In particular, the device can be provided with a remote maintenance function and offer the possibility of holding video conferences via a built-in or externally connected camera. In the event of malfunctions in the device, the user can thus be given the opportunity to contact customer service via a video connection and to have defects that have occurred in the device diagnosed via the remote maintenance function. A test run of the device with the aim of reproducing and diagnosing a previously occurring error pattern can be carried out in the presence of the user of the device without having to travel to customer service, whereby the user can be instructed via the video connection to take certain steps, for example inserting the device of items to be cleaned or turning on a water tap. In this way, necessary repair measures can be prepared on site in a more targeted manner.
Des Weiteren kann die Vorrichtung vorteilhafter Weise mit Temperatursensoren an einer oder mehreren Stellen im Kältemittelkreislauf, im Prozesswasser- bzw. Frischwasserkreislauf und/oder im Luftstrom des Kältemittelverdampfers ausgestattet sein. Dadurch kann insbesondere der Betriebszustand der Luft-Wasser-Wärmepumpe überwacht werden und es können insbesondere kritische Betriebszustände und Fehler rechtzeitig erkannt werden, beispielsweise ein Ausfall eines Gebläsemotors des Kältemittelverdampfers, ein Ausfall des Kältemittelverdichters oder eine Überhitzung infolge eines Ausfalls einer Förderpumpe für Prozess- bzw. Frischwasser oder infolge eines Wasserlecks. Ferner kann so erkannt werden, falls es zu einer Vereisung des Kältemittelverdampfers infolge ausfrierender Luftfeuchtigkeit kommt. In solch einem Fall kann im Steuerprogramm der Vorrichtung vorgesehen sein, den Kältemittelverdichter der Luft-Wasser-Wärmepumpe zeitweise abzuschalten, um ein Abtauen des Kältemittelverdampfers herbeizuführen.Furthermore, the device can advantageously be equipped with temperature sensors at one or more points in the refrigerant circuit, in the process water or fresh water circuit and/or in the air flow of the refrigerant evaporator. In this way, the operating status of the air-to-water heat pump in particular can be monitored and critical operating statuses and faults in particular can be detected in good time, for example a failure of a fan motor of the refrigerant evaporator, a failure of the refrigerant compressor or overheating as a result of a failure of a feed pump for process or Fresh water or as a result of a water leak. Furthermore, it can be detected in this way if the refrigerant evaporator is icing up as a result of air humidity freezing out. In such a case, the control program of the device can provide for the refrigerant compressor of the air-water heat pump to be switched off temporarily in order to defrost the refrigerant evaporator.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhafterweise mit wenigstens einem Füllstandsensor und wenigstens einem Temperatursensor ausgestattet sein, so dass die Steuerelektronik der Vorrichtung den Füllzustand und die Wassertemperatur in dem Frischwasserbehälter und/oder der Prozesskammer erfassen kann. Ferner kann es außerdem zweckhaft sein, an den Kreislaufsystemen bzw. deren Leitungen Durchflusssensoren und/oder Drucksensoren anzubringen.The device according to the invention can advantageously be equipped with at least one fill level sensor and at least one temperature sensor, so that the control electronics of the device can detect the fill level and the water temperature in the fresh water tank and/or the process chamber. Furthermore, it can also be expedient to attach flow sensors and/or pressure sensors to the circulatory systems or their lines.
Wie bereits erwähnt, kann es zum Zwecke der Abwasserwärme-Rückgewinnung insbesondere vorkommen, dass zwei Flüssigkeitsströme mit möglichst identischem Massenstrom zeitgleich in Gang gesetzt werden. Diesbezüglich kann die Vorrichtung eine Zweikreis-Förderpumpe umfassen, welche dazu eingerichtet ist, einen Durchfluss von aus der Prozesskammer austretendem Prozesswasser und von Frischwasser zu regulieren. Solch eine Zweikreis-Förderpumpe kann insbesondere als eine Doppelkolbenpumpe ausgebildet sein. Die Doppelkolbenpumpe weist insbesondere identische Kolbenflächen und identischen Hub auf, wobei ein erster Kolben Abwasser und ein zweiter Kolben Frischwasser fördern kann. Insbesondere können beide Kolben mechanisch gekoppelt und mit mindestens einer Rückholfeder versehen sein, wobei ein Pumpzyklus über Ventile derart gesteuert werden kann, dass der erste Kolben durch einen Druck des einströmenden Frischwassers gegen eine Federkraft bewegt wird. Der zweite, an den ersten Kolben gekoppelte Kolben saugt zeitgleich Abwasser aus der Prozesskammer an. Nach Abschalten der Frischwasserzufuhr durch ein Steuerventil und Freigabe des Wasserstroms vom Frischwasserkolben zu einem Wärmetauscher durch ein weiteres Steuerventil bewegt die Federkraft beide Kolben in ihre Ausgangsstellung zurück. Dadurch können gleiche Mengen an Frischwasser und Abwasser zu einem Wärmetauscher gefördert werden. Außerdem erlaubt dies insbesondere ein Pumpen rein durch den Wasserdruck, ohne Einsatz zusätzlicher elektrischer Energie.As already mentioned, for the purpose of waste water heat recovery, it can happen in particular that two liquid flows with a mass flow that is as identical as possible are set in motion at the same time. In this regard, the device can include a dual-circuit feed pump, which is set up to regulate a flow of process water exiting the process chamber and of fresh water. Such a dual-circuit feed pump can be designed in particular as a double-piston pump. In particular, the double-piston pump has identical piston surfaces and an identical stroke, with a first piston being able to pump waste water and a second piston being able to pump fresh water. In particular, both pistons can be mechanically coupled and provided with at least one return spring, wherein a pump cycle can be controlled via valves in such a way that the first piston is moved against a spring force by the pressure of the fresh water flowing in. The second piston, which is coupled to the first piston, sucks in waste water from the process chamber at the same time. After the fresh water supply is switched off by a control valve and the flow of water from the fresh water piston to a heat exchanger is released by another control valve, the spring force moves both pistons back to their original position. This allows equal amounts of fresh water and waste water to be pumped to a heat exchanger. In addition, this particularly allows pumping purely through the water pressure without the use of additional electrical energy.
Alternativ kann das Angleichen der beiden Massenströme im Abpumpbetrieb durch einen Regelkreis realisiert werden, welcher beide Massenströme misst und mindestens einen davon aktiv steuert, oder durch zwei mechanisch gekoppelte Pumpen zum Fördern von Abwasser und Frischwasser, welche identische Volumenströme fördern können, beispielsweise in Form zweier Schlauchpumpen gleicher Geometrie, welche über eine gemeinsame Antriebswelle verfügen.Alternatively, the adjustment of the two mass flows in the pumping operation can be realized by a control circuit, which measures both mass flows and actively controls at least one of them, or by two mechanically coupled pumps for pumping waste water and fresh water, which can pump identical volume flows, for example in the form of two peristaltic pumps same geometry, which have a common drive shaft.
Um durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe oder durch Abwasserwärme-Rückgewinnung erzeugte bzw. gewonnene Wärme langfristig, d. h. über einen Zeitraum von mehreren Tagen bzw. Wochen, zu speichern, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer optionalen Ausführungsform chemische Wärmespeicher zur Langzeitspeicherung von durch die Vorrichtung erzeugter Wärme aufweisen. Die Verwendung von chemischen Langzeitspeichern ist insbesondere sinnvoll, da auch bei aufwendiger Isolierung des Frischwassers unvermeidbare Wärmeverluste auftreten. Um eine längere Speicherdauer realisieren zu können, bieten sich daher chemische Wärmespeicher an, welche beispielsweise auf Natriumacetat basieren. Unter Nutzung von Abwasserwärme, Frischwasserwärme oder mithilfe der Luft-Wasser-Wärmepumpe kann ein chemischer Wärmespeicher derart erwärmt werden, dass eine zu seiner Aufladung dienende chemische Reaktion abläuft. Während der Speicherdauer wird eine Abkühlung des chemischen Wärmespeichers auf Umgebungstemperatur in Kauf genommen. Bei Abruf des Speicherinhalts im Zuge eines angestrebten warmen Reinigungsvorgangs kann die der Energiefreisetzung dienende chemische Reaktion in Gang gebracht werden und dadurch freigesetzte Wärme auf Prozesswasser übertragen werden.In order to use the heat generated or recovered by the air-to-water heat pump or waste water heat recovery in the long term, i. H. over a period of several days or weeks, the device according to the invention can, in an optional embodiment, have chemical heat storage devices for the long-term storage of heat generated by the device. The use of long-term chemical storage makes particular sense, since unavoidable heat losses occur even with complex insulation of the fresh water. In order to be able to achieve a longer storage period, chemical heat storage systems based on sodium acetate, for example, are ideal. Using waste water heat, fresh water heat or with the help of the air-water heat pump, a chemical heat accumulator can be heated in such a way that a chemical reaction that serves to charge it takes place. During the storage period, a cooling of the chemical heat accumulator to ambient temperature is accepted. When retrieving the storage content in the course of a desired warm cleaning process, the chemical reaction serving to release energy can be set in motion and the heat released as a result can be transferred to the process water.
Da die Wirkzahl einer Luft-Wasser-Wärmepumpe mit zunehmendem Temperaturunterschied zwischen kaltem und warmem Wärmereservoir abnimmt und zudem der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite des Verdichters umso höher sein muss, je wärmer der Wärmeträger im Kältemittelkondensator ist, können Luft-Wasser-Wärmepumpen Wasser in vielen Fällen nicht bis zum Siedepunkt erhitzen. Daher können Luft-Wasser-Wärmepumpen konstruktiv, insbesondere durch die Wahl des Kältemittels, derart ausgelegt werden, dass sie im unteren Temperaturbereich gute Wirkzahlen erreichen, die maximale Wassertemperatur jedoch im Bereich um 65°C bis 70°C liegt. Je nach Anwendungsgebiet kann es jedoch vorteilhaft oder sogar notwendig sein, höhere Wassertemperaturen zu erzielen, beispielsweise in Kochwäscheprogrammen bei Waschmaschinen. Daher kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe einen Heizstab zur Erwärmung des Prozesswassers aufweisen. Der Heizstab kann insbesondere zugeschaltet werden, wenn die Luft-Wasser-Wärmepumpe ihre maximale Prozesswasser-Erwärmungstemperatur erreicht hat und entsprechend abgeschaltet wurde, ein weiteres Erwärmen des Prozesswassers jedoch notwendig ist. Der Heizstab kann darüber hinaus als Rückfalllösung dienen, um die Funktionalität der Vorrichtung in dem Fall zu erhalten, dass die Luft-Wasser-Wärmepumpe aufgrund interner oder externer Faktoren, beispielsweise eines technischen Defekts oder zu niedriger Raumtemperaturen, nicht einsatzbereit ist.Since the effective number of an air-to-water heat pump decreases as the temperature difference between the cold and warm heat reservoir increases, and the refrigerant pressure on the high-pressure side of the compressor must be higher the warmer the heat transfer medium in the refrigerant condenser is, air-to-water heat pumps can use water in many cases do not heat to boiling point. Air-to-water heat pumps can therefore be designed in such a way that they achieve good coefficients of efficiency in the lower temperature range, but the maximum water temperature is in the range of 65°C to 70°C, in particular through the choice of refrigerant. However, depending on the area of application, it can be advantageous or even necessary to achieve higher water temperatures, for example in white wash programs in washing machines. Therefore, the device according to the invention can have a heating element for heating the process water in addition to the air-water heat pump. The heating element can be switched on in particular when the air-to-water heat pump has reached its maximum process water heating temperature and has been switched off accordingly, but further heating of the process water is necessary. The immersion heater can also serve as a fallback solution to maintain the functionality of the device in the event that the air-to-water heat pump is not operational due to internal or external factors, such as a technical defect or too low room temperatures.
Optional kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner dazu eingerichtet sein, über die Luft-Wasser-Wärmepumpe Wasser eines mit der Vorrichtung verbundenen externen Gerätes oder Wasserspeichers zu erwärmen. Da Haushaltsgeräte und insbesondere Waschmaschinen sowie Geschirrspülmaschinen häufig in Räumen aufgestellt werden, in welchen sich weitere Elektrogeräte befinden, welche Wasser unter Verwendung eines elektrischen Heizelements erwärmen, kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit wenigstens einem derartigen Elektrogerät zu koppeln. Dazu kann die Vorrichtung mit einem Warmwasserausgang ausgestattet sein, über welchen ein verbundenes Gerät mit warmen Wasser versorgt werden kann, wobei das warme Wasser sowohl von der Vorrichtung erwärmtes Prozesswasser als auch erwärmtes Frischwasser darstellen kann. Insbesondere kann eine erfindungsgemäße Waschmaschine mit Luft-Wasser-Wärmepumpe eine benachbarte Waschmaschine ohne Wärmepumpe mit warmem Wasser versorgen und so deren Energiebedarf erheblich absenken. Zweckmäßig wird die Steuerelektronik der erfindungsgemäßen Vorrichtung dafür mit einer Kommunikationsschnittstelle zu einer benachbarten Waschmaschine ausgestattet, um bei zeitgleichem Betrieb beider Geräte eine zeitliche Koinzidenz der Phasen der Wassererwärmung zu vermeiden, beispielsweise indem Pausen im Programmablauf eingeschoben werden.Optionally, the device according to the invention can also be set up to heat water from an external device or water storage tank connected to the device via the air-water heat pump. Since household appliances and in particular washing machines and dishwashers are often installed in rooms in which there are other electrical appliances that heat water using an electrical heating element, it can be advantageous to couple the device according to the invention with at least one such electrical appliance. For this purpose, the device can be equipped with a hot water outlet, via which a connected device can be supplied with hot water, with the hot water being able to represent both process water heated by the device and also heated fresh water. In particular, a washing machine according to the invention with an air-to-water heat pump can supply a neighboring washing machine without a heat pump with warm water and thus significantly reduce its energy requirements. The control electronics of the device according to the invention is expediently equipped with a communication interface to a neighboring washing machine in order to avoid a coincidence in time of the phases of water heating when both devices are operated at the same time, for example by inserting breaks in the program sequence.
Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Warmwasserspeicher einer gebäudeeigenen Heizungsanlage verbunden werden, beispielsweise einem Brauchwasserspeicher oder einem Pufferspeicher. Über die Luft-Wasser-Wärmepumpe kann die Vorrichtung insbesondere in der Lage sein, den Inhalt des Warmwasserspeichers zu erwärmen. Hierfür kann zwischen dem Warmwasserspeicher und der Vorrichtung entweder Wasser zirkulieren oder ein zusätzlicher Kältemittelkondensator am oder im Warmwasserspeicher bereitgestellt sein, welcher über zusätzliche Kältemittelleitungen mit der Vorrichtung verbunden ist. Ferner kann innerhalb der Vorrichtung ein Umschaltventil im Kältemittelkreislauf bereitgestellt sein, welches zwischen dem internen und dem externen Kältemittelkondensator auswählt. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung kann insbesondere eine Brauchwasser-Wärmepumpe substituieren. Durch die Erwärmung des Inhalts des externen Warmwasserspeichers durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann der Primärenergiebedarf der Heizungsanlage reduziert werden, in welche der Warmwasserspeicher integriert ist. Insbesondere kann sich die Vermeidung von Aufheizzyklen und Abkühlzyklen positiv auf die Lebensdauer eines Heizkessels innerhalb der Heizungsanlage auswirken, der andernfalls die Erwärmung des Inhalts des Warmwasserspeichers übernehmen müsste. Zur Steuerung der Erwärmung des Inhalts des Warmwasserspeichers kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Anschluss für einen externen Temperatursensor versehen sein. Ebenso kann eine Kommunikationsschnittstelle zur Steuerelektronik einer Heizungsanlage bereitgestellt sein.Furthermore, the device according to the invention can be connected to a hot water tank of a building's own heating system, for example a service water tank or a buffer tank. In particular, the device can be able to heat the contents of the hot water tank via the air-to-water heat pump. For this purpose, either water can circulate between the hot water storage tank and the device, or an additional refrigerant condenser can be provided on or in the hot water storage tank, which is connected to the device via additional refrigerant lines. Furthermore, within the device, a switching valve in the refrigerant telkreis be provided, which selects between the internal and the external refrigerant condenser. A device designed in this way can, in particular, substitute a service water heat pump. By heating the contents of the external hot water tank by the device according to the invention, the primary energy requirement of the heating system into which the hot water tank is integrated can be reduced. In particular, the avoidance of heating cycles and cooling cycles can have a positive effect on the life of a boiler within the heating system, which would otherwise have to take over the task of heating the contents of the hot water tank. To control the heating of the contents of the hot water tank, the device according to the invention can be provided with a connection for an external temperature sensor. A communication interface to the control electronics of a heating system can also be provided.
In einer optionalen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Luft-Luft-Wärmepumpe zur Trocknung des Reinigungsgutes bereitgestellt sein. Insbesondere bei Haushaltsgeräten, welche mit einer zusätzlichen Funktion zur Trocknung von Reinigungsgut ausgestattet sind, beispielsweise in Form eines Waschtrockners, kann der Kältemittelverdichter der Vorrichtung auch in einer Trocknungseinheit eingesetzt werden. Das Trocknen von Reinigungsgut kann besonders energieeffizient unter dem Einsatz einer Luft-Luft-Wärmepumpe durchgeführt werden, bei welcher sowohl der Kältemittelverdampfer als auch der Kältemittelkondensator das Medium Luft als Wärmeträger verwenden. Zur Entfeuchtung des Reinigungsgutes kann Luft zunächst in dem Kältemittelverdampfer abgekühlt werden, so dass der darin enthaltene Wasserdampf teilweise auskondensiert, und danach in dem Kältemittelkondensator erwärmt werden. Anschließend kann die derart erwärmte Luft das zu trocknende Reinigungsgut um- bzw. durchströmen.In an optional embodiment of the device according to the invention, an air-to-air heat pump can be provided for drying the items to be cleaned. In particular in the case of household appliances which are equipped with an additional function for drying items to be cleaned, for example in the form of a washer-dryer, the refrigerant compressor of the device can also be used in a drying unit. The drying of items to be cleaned can be carried out in a particularly energy-efficient manner using an air-to-air heat pump, in which both the refrigerant evaporator and the refrigerant condenser use air as the medium as the heat carrier. To dehumidify the items to be cleaned, air can first be cooled in the refrigerant evaporator, so that the water vapor contained therein is partially condensed, and then heated in the refrigerant condenser. The air heated in this way can then flow around or through the items to be cleaned.
Insofern eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Trocknerfunktion ausgestattet ist, kann vorteilhafterweise nur ein Kältemittelverdichter bereitgestellt sein, welcher sowohl zur Erwärmung des Prozesswassers während eines Reinigungsvorgangs als auch zur Entfeuchtung des Reinigungsgutes während eines Trocknungsvorgangs eingerichtet ist. Um zwischen dem Erwärmen des Prozesswassers und dem Trocknen bzw. Entfeuchten des Reinigungsgutes auswählen zu können, können Umschaltventile in dem Kältemittelkreislauf angeordnet sein. Weitere Vereinfachungen können sich ergeben, wenn auch der Kältemittelverdampfer und gegebenenfalls dessen Gebläse nur in einfacher Ausführung vorhanden sind und sowohl zur Prozesswassererwärmung als auch zur Trocknung des Reinigungsgutes genutzt werden. Hierbei können verstellbare Luftklappen eingesetzt werden, um den Luftstrom je nach der gerade benötigten Funktionalität in die passende Richtung zu lenken.If a device according to the invention is equipped with a dryer function, only one refrigerant compressor can advantageously be provided, which is set up both for heating the process water during a cleaning process and for dehumidifying the items to be cleaned during a drying process. In order to be able to choose between heating the process water and drying or dehumidifying the items to be cleaned, switching valves can be arranged in the refrigerant circuit. Further simplifications can result if the refrigerant evaporator and possibly its blower are only available in a simple design and are used both for heating the process water and for drying the items to be cleaned. Adjustable air flaps can be used here to direct the air flow in the right direction depending on the functionality that is currently required.
Ferner stellen die beschriebenen Merkmale unter anderem verschiedene Verwendungsmöglichkeiten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Erwärmung von zur Reinigung eines Reinigungsgutes vorgesehenen Prozesswassers in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.Furthermore, the features described represent, among other things, various possible uses of an air-water heat pump for heating process water provided for cleaning items to be cleaned in a device according to the invention.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen in größerem Detail beschrieben. Es stellt dar:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
3 eine erweiterte schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche eine Wärmerückführung von Abwasserwärme veranschaulicht; -
4 eine alternative Ausführungsform der in3 gezeigten schematischen Darstellung; -
5 eine schematische Darstellung einer Wärmetauscher-Anordnung zur Rückgewinnung von Abwasserwärme, welche sowohl mit dem ersten Ausführungsbeispiel als auch mit dem zweiten Ausführungsbeispiel kompatibel ist; -
6 eine schematische Darstellung einer alternativen Wärmetauscher-Anordnung, umfassend eine Doppelkolbenpumpe; -
7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, welche sowohl eine Abwasserwärme-Rückgewinnung als auch eine Warmwasser-Speicherfunktion veranschaulicht; und -
8 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, welche eine Erwärmung von Wasser in einem externen Warmwasserspeicher veranschaulicht.
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1 a schematic representation of a first embodiment of a device according to the invention; -
2 a schematic representation of a second embodiment of the device according to the invention; -
3 an expanded schematic representation of the second embodiment of the device according to the invention, which illustrates a heat recirculation of waste heat; -
4 an alternative embodiment of the3 shown schematic representation; -
5 a schematic representation of a heat exchanger arrangement for the recovery of waste water heat, which is compatible with both the first embodiment and the second embodiment; -
6 a schematic representation of an alternative heat exchanger arrangement, comprising a double piston pump; -
7 a schematic representation of the device according to the invention according to a third embodiment, which illustrates both a wastewater heat recovery and a hot water storage function; and -
8th a schematic representation of the device according to the invention according to a fourth embodiment, which illustrates a heating of water in an external hot water tank.
In den
Das Kältemittel kann beispielsweise Kohlenstoffdioxid, ein Kohlenwasserstoff oder ein halogenierter Kohlenwasserstoff sein und kann durch das Kreislaufsystem 24 der Vorrichtung 10 zirkulieren. Der Kältemittelverdichter 16 ist dazu eingerichtet, das gasförmige Kältemittel zu verdichten, wodurch sich das Kältemittel stark erwärmt. Im Zuge des Verdichtens des Kältemittels kann dieses beispielsweise bis auf ca. 60°C bis 70°C erwärmt werden, wobei ein Druck von ca. 20 bar bis 40 bar erzeugt werden kann. Über das Kreislaufsystem 24 gelangt das erwärmte Kältemittel von dem Kältemittelverdichter 16 in den Kältemittelkondensator 18. Dort überträgt das erwärmte Kältemittel Wärme auf das kältere Prozesswasser, welches sich im Inneren der Prozesskammer 14 befindet. Beispielsweise kann das Prozesswasser aufgrund des Wärmeübertrags auf bis zu ca. 60°C erwärmt werden. Im Gegenzug kühlt das weiterhin komprimierte Kältemittel ab und kondensiert sobald es eine druckabhängige Kondensationstemperatur erreicht. Diese Kondensationstemperatur kann je nach Kältemittel variieren. Zur Entspannung des flüssigen Kältemittels kann dieses insbesondere durch ein Expansionsventil (in
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Ferner kann die Vorrichtung einen Prozesswasser-Abfluss (in
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Eine einfache Lösung, warmes Frischwasser von der Frischwasserkammer 42 in die Prozesskammer 14 zu fördern, kann darin bestehen, über ein Zulaufventil 44 Frischwasser in einen unteren Bereich der Frischwasserkammer 42 zuzuführen, welche an einem oberen Bereich eine in die Prozesskammer 14 führende Überlaufleitung 46 aufweist. Handelt es sich bei der Vorrichtung 10 um eine Waschmaschine für Textilien, so kann die Überlaufleitung 46 statt direkt in die Prozesskammer 14 auch in eine Waschmitteleinspülkammer der Vorrichtung 10 führen. Handelt es sich um eine Geschirrspülmaschine, so kann vorgesehen sein, dass Frischwasser vor dem Eintritt in die Frischwasserkammer 42 einen Ionentauscher der Vorrichtung 10 passiert. Vorteilhafterweise ist neben dem Zulaufventil 44 noch ein weiteres Zulaufventil (nicht dargestellt) ausgebildet, über welches Frischwasser unter Umgehung der Frischwasserkammer 42 über eine Zulaufleitung (nicht dargestellt) direkt in die Prozesskammer 14 eingelassen werden kann. Dies erlaubt die Durchführung kalter Reinigungsvorgänge, während sich in der Frischwasserkammer 42 warmes Wasser befindet.A simple solution for pumping warm fresh water from the
In
Durch Öffnen eines (bevorzugt elektrisch) steuerbaren Zulaufventils 44 für Frischwasser kann ein Wasserfluss in ein erstes Arbeitsvolumen 68 des Arbeitskolbens 58 herbeigeführt werden. Durch den Frischwasserdruck wird der Arbeitskolben 58 gegen die Kraft der Rückholfeder 64 bewegt. Der gekoppelte Arbeitskolben 60 für Abwasser bewegt sich synchron dazu mit und saugt dadurch über ein erstes Rückschlagventil 72 Abwasser aus der Prozesskammer 14 in ein zweites Arbeitsvolumen 70 ein. Wird das Zulaufventil 44 anschließend geschlossen und ein (bevorzugt ebenfalls elektrisch) steuerbares Auslassventil 66 geöffnet, so werden beide Arbeitskolben 58, 60 durch die Kraft der Rückholfeder 64 zurück in die Ausgangsposition gedrückt. Hierdurch kann Frischwasser durch das Auslassventil 66 zur Frischwasserseite des Gegenstrom-Wärmetauschers 48 gefördert werden und zeitgleich ein identisches Volumen an Abwasser durch ein zweites Rückschlagventil 74 zur Abwasserseite des Gegenstrom-Wärmetauschers 48 strömen. Nachdem beide Arbeitskolben 58, 60 wieder in der Ausgangsposition angelangt sind, kann der Vorgang von neuem beginnen. Zweckmäßigerweise wird die Kolbenstange 62 mit zwei Endpositionsschaltern 76, 78 oder alternativ mit einem Weggeber (nicht dargestellt) ausgestattet, um das Erreichen der Ausgangs- und Endposition mit einer elektronischen Steuerung erfassen zu können.A water flow into a first working
Die Doppelkolbenpumpe 54 dient in Verbindung mit einem Gegenstrom-Wärmetauscher 48, einem Einlassventil 44a und einem Auslassventil 66 sowie zwei Rückschlagventilen 72, 74 der Rückgewinnung von Abwasserwärme. Ein zusätzliches Einlassventil 44b erlaubt eine direkte Zuführung von Frischwasser über eine Zulaufleitung 50 der Vorrichtung 10 in den isolierten Frischwasserbehälter 52. Über das Einlassventil 44b kann der Frischwasserbehälter 52 mit Frischwasser aufgefüllt werden, wenn außerhalb eines Reinigungsvorgangs überschüssige elektrische Leistung zur Wassererwärmung genutzt werden soll, der Frischwasserbehälter 52 jedoch einen zu geringen Füllzustand aufweist.The double-
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Insbesondere kann es sich bei einem Warmwasserspeicher 84 um einen Brauchwasserspeicher handeln, wofür der zweite Wärmetauscher 80 wasserseitig aus trinkwasserkonformen Materialien aufgebaut sein kann.In particular, a
An dieser Stelle wird angemerkt, dass die Ausführungsbeispiele zwei bis vier Abwandlungen der Vorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiels darstellen. In Bezug auf die Ausführungsbeispiele zwei bis vier wird daher nur auf die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel näher eingegangen und in Bezug auf alle anderen Merkmale und Funktionen auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Demgemäß können sämtliche Merkmale, Effekte und Vorteile, welche in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 offenbart sind, gleichermaßen auf das zweite, dritte und vierte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 anwendbar sein und umgekehrt. Ebenso können die Merkmale, Effekte und Vorteile des zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiels untereinander anwendbar sein.At this point it is noted that the exemplary embodiments represent two to four modifications of the
Abschließend werden einige weitere Merkmale, Effekte und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung thematisiert, welche sich ebenfalls auf die Ausführungsbeispiele eins bis vier beziehen.Finally, some further features, effects and advantages of the device according to the invention are discussed, which also relate to the exemplary embodiments one to four.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung der sie umgebenden Umgebungsluft Wärme entzieht, kommt es unvermeidbar zu einer Abkühlung des Aufstellraums der Vorrichtung. Je nach der Klimazone, in welcher die Vorrichtung betrieben wird, und abhängig von Jahreszeit und Wetterlage kann dies einen Vorteil darstellen, wenn eine Abkühlung des Raumes ohnehin wünschenswert ist. In geographischen Lagen, in denen eine Klimatisierung von Innenräumen üblich ist, kann daraus ein zusätzlicher Energiespareffekt resultieren, da die Raum-Klimaanlage dann während des Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung weniger Kühlleistung erbringen muss. In Fällen, in denen eine Abkühlung des Aufstellraumes nicht erwünscht ist oder der Raum gar beheizt wird, stellt dies einen Nachteil dar, insbesondere wenn die Raumheizung dadurch mehr Heizleistung erbringen muss. Eine negative Wärmebilanz durch den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung für deren Aufstellraum kann jedoch vermieden werden, indem nach dem Durchlauf eines warmen Reinigungsvorgangs das erwärmte Prozesswasser nicht direkt über die Abwasserleitung entsorgt wird, sondern dieses vielmehr zunächst für eine gewisse Zeitspanne in thermischen Kontakt mit der Umgebungsluft gebracht wird, bis sich das Wasser nahezu auf Raumtemperatur abgekühlt hat, und es erst danach durch eine Abwasserleitung abgeleitet wird. Da zur Erwärmung des Wassers durch die Luft-Wasser-Wärmepumpe neben der Umgebungswärme auch elektrische Energie eingesetzt wurde, kann sich sogar der Fall einstellen, dass die Wärmebilanz für den Aufstellraum der Maschine dadurch ins Positive verschoben wird und sich netto eine Erwärmung des Raumes einstellt.Since the device according to the invention extracts heat from the ambient air surrounding it, the room in which the device is installed inevitably cools down. Depending on the climatic zone in which the device is operated and depending on the season and weather conditions, this can be an advantage if cooling the room is desirable anyway. In geographic locations where air conditioning of interior spaces is common, this can result in an additional energy saving effect, since the room air conditioning system then has to provide less cooling capacity during operation of the device according to the invention. In cases where cooling of the installation room is not desired or the room is even heated, this is a disadvantage, especially if the room heating has to provide more heat output as a result. However, a negative heat balance due to the operation of the device according to the invention for its installation room can be avoided by not disposing of the heated process water directly via the sewage pipe after it has run through a warm cleaning process, but rather by first bringing it into thermal contact with the ambient air for a certain period of time until the water has cooled to almost room temperature, and only then is it discharged through a sewage pipe. Since electrical energy is used to heat the water with the air-water heat pump in addition to the ambient heat, it can even happen that the heat balance for the room in which the machine is installed is positively shifted and the room warms up net.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine Wärme-Rückübertragung von Abwasser beispielsweise auf Umgebungsluft durchführt, während parallel dazu bereits weitere Reinigungsvorgänge an Reinigungsgut ausgeführt werden. Insbesondere kann ein als Wassertasche (38) ausgeführter Wärmetauscher ein hinreichend großes Flüssigkeitsvolumen aufweisen, um das gesamte Abwasser eines Reinigungsvorgangs aufzunehmen. Dies erlaubt ein schnelles Abpumpen des Abwassers und umgehendes Ausführen eines weiteren Reinigungsvorgangs, während ein Wärmeübergang von Abwasser auf Umgebungsluft noch im Gange ist. Insofern bei einem nachfolgenden Reinigungsschritt kaltes Abwasser entsteht, so kann dieses direkt in die Ablaufleitung der Vorrichtung gepumpt werden, während das noch nicht vollständig abgekühlte Abwasser eines vorangegangenen warmen Reinigungsvorgangs weiterhin im Wärmetauscher verbleibt. Ein solches direktes Abpumpen in die Ablaufleitung kann durch ein Bypass-Ventil auf der Abwasserseite eines Wärmetauschers realisiert werden, so dass Abpumpvorgänge insbesondere nach kalten Reinigungsvorgängen unter Umgehung eines Wärmetauschers durchgeführt werden können. Das Umschaltventil (34) in einem vorangehenden Ausführungsbeispiel erfüllt genau diese Funktion. Alternativ zu einem derartigen Ventil kann eine zweite Abwasserpumpe bereitgestellt sein, wobei die zweite Abwasserpumpe Abwasser aus der Prozesskammer direkt in eine Ablaufleitung fördert.Furthermore, it can be provided that the device performs a return heat transfer from waste water, for example to the ambient air, while parallel to this, further cleaning processes are already being carried out on items to be cleaned. In particular, a heat exchanger designed as a water pocket (38) can have a sufficiently large volume of liquid to accommodate all of the waste water from a cleaning process. This allows the waste water to be pumped out quickly and another cleaning process to be carried out immediately while heat transfer from waste water to ambient air is still in progress. If cold waste water is produced in a subsequent cleaning step, it can be pumped directly into the discharge line of the device, while the not yet completely cooled waste water from a preceding warm cleaning process remains in the heat exchanger. Such direct pumping into the drain line can be realized by a bypass valve on the waste water side of a heat exchanger, so that pumping processes can be carried out, in particular after cold cleaning processes, bypassing a heat exchanger. The switching valve (34) in a previous embodiment fulfills exactly this function. As an alternative to such a valve, a second waste water pump can be provided, with the second waste water pump conveying waste water from the process chamber directly into a discharge line.
Insofern aufeinanderfolgende Reinigungsvorgänge der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeitlich um mehrere Stunden bis Tage separiert sind, so kann je nach Güte der thermischen Isolation des Frischwasserbehälters immer noch ein Energiespareffekt durch Abwasserwärme-Rückgewinnung eintreten. Bei Einsatz eines vakuumisolierten Frischwasserbehälters nach dem Prinzip einer Thermoskanne bzw. eines Dewar-Gefäßes kann Wärmeenergie auch noch nach mehreren Tagen in beachtlichem Umfang zur Verfügung stehen.Insofar as successive cleaning processes of the device according to the invention are separated in time by several hours to days, depending on the quality of the thermal insulation of the fresh water tank, an energy saving effect can still occur through waste water heat recovery. When using a vacuum-insulated fresh water container based on the principle of a thermos flask or a Dewar flask, thermal energy can still be available to a considerable extent even after several days.
Ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem isolierten Frischwasserbehälter versehen, so kann das Erwärmen von Wasser zeitlich von einem Reinigungsvorgang entkoppelt werden. Dazu ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe insbesondere dazu eingerichtet, anstelle des Prozesswassers in der Prozesskammer auch das Frischwasser in dem isolierten Frischwasserbehälter zu erwärmen. Befindet sich der Kältemittelkondensator der Luft-Wasser-Wärmepumpe in der Prozesskammer, so kann die Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einem zweiten Kältemittelkondensator ausgestattet sein, welcher sich im Frischwasserbehälter befindet, und ein Umschaltventil innerhalb des Kältemittelkreislaufs aufweisen, welches zwischen den beiden Kältemittelkondensatoren auswählt. Arbeitet die Luft-Wasser-Wärmepumpe dagegen nach dem Durchlauferhitzer-Prinzip und nutzt als Kältemittelkondensator einen Wärmetauscher (26), so kann die erweiterte Funktionalität dadurch erreicht werden, dass eine Förderpumpe für Frischwasser bereitgestellt ist, welche Frischwasser von dem isolierten Frischwasserbehälter zu dem Wärmetauscher (26) und zurück pumpt. Die Förderpumpe kann durch Nutzung geeigneter Umschaltventile (34a), (34b) auch mit jener Pumpe (30) identisch sein, welche Wasser zwischen der Prozesskammer der Vorrichtung und dem Kältemittelkondensator befördert.If the device according to the invention is provided with an insulated fresh water tank, the heating of water can be temporally decoupled from a cleaning process. For this purpose, the air-to-water heat pump is set up in particular to also heat the fresh water in the insulated fresh water tank instead of the process water in the process chamber. If the refrigerant condenser of the air-water heat pump is in the process chamber, the air-water heat pump can be equipped with a second refrigerant condenser, which is located in the fresh water tank, and have a switching valve within the refrigerant circuit, which selects between the two refrigerant condensers. If, on the other hand, the air-to-water heat pump works according to the continuous-flow heater principle and uses a heat exchanger (26) as the refrigerant condenser, the extended functionality can be achieved by providing a feed pump for fresh water, which pumps fresh water from the insulated fresh water tank to the heat exchanger ( 26) and back pumps. By using suitable changeover valves (34a), (34b), the feed pump can also be identical to the pump (30) which conveys water between the process chamber of the device and the refrigerant condenser.
Stellt sich nun ein Zustand ein, bei welchem es beispielsweise zu Gunsten der Netzstabilität oder aufgrund redundanter Verfügbarkeit regenerativ erzeugter elektrischer Leistung erstrebenswert ist, elektrische Leistung zu einem gegebenen Zeitpunkt zu verbrauchen, so kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Abwesenheit von Reinigungsgut in der Prozesskammer die Luft-Wasser-Wärmepumpe aktivieren und das Frischwasser in dem Frischwasserbehälter erwärmen. Für den Fall, dass der Frischwasserbehälter einen niedrigen Füllzustand aufweist, kann vorgesehen sein, diesen zunächst über die Frischwasser-Zulaufleitung der Vorrichtung mit kaltem Frischwasser zu befüllen. Erreicht das Frischwasser eine vorgegebene Solltemperatur oder ist zusätzlicher elektrischer Leistungsverbrauch nicht mehr erstrebenswert, so kann die Luft-Wasser-Wärmepumpe abgeschaltet werden. Das derart erwärmte Frischwasser kann daraufhin in dem Frischwasserbehälter gespeichert werden und somit für den nächsten Reinigungsvorgang bereitstehen, welcher dementsprechend weniger Energieeinsatz erfordert.If a state now arises in which, for example, in favor of network stability or due to the redundant availability of regeneratively generated electrical power, it is desirable to consume electrical power at a given point in time, the device according to the invention can activate the air-water heat pump and heat the fresh water in the fresh water tank even in the absence of items to be cleaned in the process chamber. In the event that the fresh water tank has a low fill level, it can be provided that it is initially filled with cold fresh water via the fresh water supply line of the device. If the fresh water reaches a specified target temperature or if additional electrical power consumption is no longer desirable, the air-water heat pump can be switched off. The fresh water heated in this way can then be stored in the fresh water tank and thus be available for the next cleaning process, which correspondingly requires less energy.
Diese Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Wärmeenergie für einen Reinigungsvorgang wenigstens teilweise bereits im Voraus aufnehmen zu können, ehe überhaupt Reinigungsgut in der Vorrichtung aufgenommen ist, erlaubt den Einsatz der Vorrichtung für Demand-Side-Management. Insbesondere in Zeiten, in welchen erneuerbare Energiequellen insgesamt mehr Leistung liefern können, als großflächig verbraucht wird, kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung negative Regelleistung für das öffentliche Stromnetz bereitstellen. Hierfür ist es notwendig, dass ein jeweiliger Stromnetzbetreiber über eine Fernsteuermöglichkeit im Sinne eines Smart-Grid verfügt, welche beispielsweise über einen Rundsteuerempfänger oder über das Internet realisiert werden kann und eine passende Empfangsschnittstelle seitens der Vorrichtung erfordert. Bei flächendeckendem Einsatz dieser Technik in der Größenordnung von ca. 70 Millionen Haushaltsgeräten in Form von Waschmaschinen und/oder Geschirrspülmaschinen in Deutschland ergibt sich bei einer angenommenen Aufnahmeleistung der Luft-Wasser-Wärmepumpe von 700 Watt eine negative Regelleistung von maximal 49 Gigawatt.This functionality of the device according to the invention, of being able to absorb heat energy for a cleaning process at least partially in advance, before the items to be cleaned are even received in the device, allows the device to be used for demand-side management. In particular at times when renewable energy sources can supply more power overall than is consumed over a large area, a device according to the invention can provide negative control power for the public power grid. For this it is necessary that a respective power grid operator has a remote control option in the sense of a smart grid, which can be implemented, for example, via a ripple control receiver or via the Internet and requires a suitable receiving interface on the part of the device. If this technology is used across the board in around 70 million household appliances in the form of washing machines and/or dishwashers in Germany, an assumed input power of the air-water heat pump of 700 watts results in a maximum negative control power of 49 gigawatts.
Ferner kann die Funktionalität der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere dann nützlich sein, wenn sie sich in einem Gebäude befindet, welches über eine Photovoltaikanlage verfügt. Übersteigt die Erzeugungsleistung der lokalen Photovoltaikanlage den Stromverbrauch im Gebäude, so kann es zweckmäßig sein, die Vorrichtung als flexible Last zuschalten. Hierfür kann die Steuerelektronik der Vorrichtung mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet sein, über welche die Vorrichtung von einem gebäudebezogenen Energiemanagementsystem Steuerbefehle empfängt. Ist ein solches Energiemanagementsystem nicht vorhanden, so kann die Vorrichtung dessen Aufgabe teilweise übernehmen, indem sie über Schnittstellen zu einem Stromzähler und gegebenenfalls zur Photovoltaikanlage aktuelle Leistungsflüsse überwacht.Furthermore, the functionality of the device according to the invention can be particularly useful when it is located in a building that has a photovoltaic system. If the generation capacity of the local photovoltaic system exceeds the electricity consumption in the building, it can be useful to connect the device as a flexible load. For this purpose, the control electronics of the device can be equipped with a communication interface, via which the device receives control commands from a building-related energy management system. If such an energy management system is not available, the device can partially take over its task by monitoring current power flows via interfaces to an electricity meter and, if necessary, to the photovoltaic system.
Vorteilhafterweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich mit einer Stellvorrichtung zur Drosselung der elektrischen Leistungsaufnahme der Luft-Wasser-Wärmepumpe und gegebenenfalls auch eines Heizstabes ausgestattet sein, beispielsweise mit einem Frequenzumrichter, einer Phasenanschnittsteuerung oder einer hochfrequenten Pulsweitenmodulation. Dies erlaubt es, im Bedarfsfall auch geringere Leistungsüberschüsse nutzen zu können, welche unterhalb der nominellen Leistungsaufnahme der Wärmepumpe bzw. des Heizstabes liegen. Da die Erwärmung des Prozesswassers in diesem Fall mehr Zeit in Anspruch nimmt, als wenn die Wärmepumpe beziehungsweise der Heizstab mit voller Leistung läuft, kann die Laufzeit eines Reinigungsvorgangs automatisch an die verlängerte Heizphase angepasst werden.Advantageously, the device according to the invention can also be equipped with a control device for throttling the electrical power consumption of the air-water heat pump and possibly also a heating element, for example with a frequency converter, phase control or high-frequency pulse width modulation. This makes it possible, if required, to also be able to use lower power surpluses, which are below the nominal power consumption of the heat pump or the heating element. Since the heating of the process water takes more time in this case than when the heat pump or the heating element is running at full power, the duration of a cleaning process can be automatically adjusted to the longer heating phase.
Falls die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Gebäude aufgestellt ist, welches über einen thermischen Sonnenkollektor zur Brauchwassererwärmung verfügt oder über ein anderes Schema zur Brauchwassererwärmung, welches die Erwärmung von Frischwasser mit einem geringeren Primärenergieeinsatz vollziehen kann als die Luft-Wasser-Wärmepumpe der Vorrichtung, so kann es zweckmäßig sein, die Vorrichtung mit einem zusätzlichen Warmwassereingang sowie einer elektronischen Schnittstelle zu einem gebäudebezogenen Energiemanagementsystem zu versehen. Steht aufgrund aktueller Gegebenheiten im Gebäude warmes Frischwasser mit niedrigem energetischen Einsatz zur Verfügung, so kann die Vorrichtung warmes Frischwasser aus dem Hausnetz beziehen und für warme Reinigungsvorgänge einsetzen. Hierbei kann ein Temperatursensor am Warmwassereingang dafür genutzt werden, um einen adäquaten Wasservorlauf einzustellen. Selbst wenn ein Hausnetz über eine Brauchwasserzirkulation verfügt, ergibt sich aufgrund stehender Leitungsvolumina im Regelfall der Zustand, dass aus einer Warmwasserleitung anfänglich kaltes Wasser austritt und erst nach einem gewissen Vorlauf warmes Wasser folgt. Idealerweise wird daher die anfängliche, kalte Wassermenge verworfen und nur das nachfolgende warme Wasser für den Reinigungsschritt genutzt.If the device according to the invention is set up in a building that has a thermal solar collector for heating domestic water or another scheme for heating domestic water that can heat fresh water with a lower primary energy input than the air-water heat pump of the device, it can be useful to provide the device with an additional hot water input and an electronic interface to a building-related energy management system. If warm fresh water with low energy consumption is available due to current conditions in the building, the device can draw warm fresh water from the house network and use it for warm cleaning processes. A temperature sensor at the hot water inlet can be used to set an adequate water supply. Even if a house network has service water circulation, the situation usually arises due to stationary pipe volumes that cold water initially emerges from a hot water pipe and only warm water follows after a certain amount of time has elapsed. Ideally, therefore, the initial, cold amount of water is discarded and only the subsequent warm water is used for the cleaning step.
Die entsprechende Schnittstelle zu einem gebäudebezogenen Energiemanagementsystem oder gegebenenfalls eine vorhandene Internetverbindung kann auch dafür genutzt werden, Vorhersagedaten bezüglich der Verfügbarkeit von regenerativ gewonnener elektrischer Energie oder von regenerativ erwärmtem Frischwasser zu beziehen und den Startzeitpunkt eines Reinigungsvorgangs unter energetischen Aspekten zu optimieren, wenn sich Reinigungsgut in der Vorrichtung befindet, jedoch bezüglich des genauen Zeitpunkts des Reinigungsvorgangs eine gewisse Flexibilität von Seiten des Benutzers der Vorrichtung besteht.The corresponding interface to a building-related energy management system or, if applicable, an existing Internet connection can also be used to obtain forecast data regarding the availability of regeneratively generated electrical energy or regeneratively heated fresh water and the start time of a cleaning process under ener to optimize getical aspects when there is cleaning material in the device, but with regard to the exact time of the cleaning process there is a certain flexibility on the part of the user of the device.
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung mit hoher Wahrscheinlichkeit mehr Bauteile bzw. Komponenten umfasst als vergleichbare Haushaltsgeräte nach heutigem Marktstandard, ist mit einem höheren Gesamtgewicht der Vorrichtung zu rechnen. Auch benötigen die zusätzlichen Komponenten zusätzlichen Bauraum, so dass im Fall einer unveränderten Größe der Prozesskammer mit größeren Vorrichtungsabmessungen zu rechnen ist, insofern nicht bislang ungenutzte Hohlräume ausgenutzt werden können. Um das Gewicht der Vorrichtung im Falle eines Transports vorübergehend zu reduzieren, kann es vorgesehen sein, dass die Luft-Wasser-Wärmepumpe herausnehmbar ist. Diese Eigenschaft kann insbesondere auch einen Austausch der Wärmepumpe im Zuge von Reparaturmaßnahmen erheblich erleichtern.Since the device according to the invention most likely includes more parts or components than comparable household appliances according to today's market standard, the total weight of the device is to be expected to be higher. The additional components also require additional installation space, so that in the case of an unchanged size of the process chamber, larger device dimensions can be expected, insofar as previously unused cavities cannot be utilized. In order to temporarily reduce the weight of the device in the event of transport, provision can be made for the air-water heat pump to be removable. In particular, this property can also make it considerably easier to replace the heat pump in the course of repair work.
Bei Waschmaschinen und Geschirrspülmaschinen sind Außenabmessungen von etwa 82 cm Höhe, 60 cm Breite und maximal 60 cm Tiefe marktüblicher Standard, welcher eine Installation unter Arbeitsplatten, insbesondere in Küchenzeilen, ermöglicht. Um diese Außenmaße trotz der erwähnten zusätzlichen Komponenten weiterhin einhalten zu können, kann vorgesehen sein, dass einzelne Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in separate Gehäuse ausgelagert sind, welche in benachbarten Behältern, beispielsweise unter benachbarten Küchenschränken, untergebracht sind und mit der Vorrichtung bzw. einer Haupteinheit der Vorrichtung über Leitungen verbunden sind. Falls Küchenmöbel nicht bis zum Fußboden hinunterragen, kann der dadurch entstehende Hohlraum, welcher üblicherweise durch eine Sockelblende nach vorne hin abgeschlossen ist, genutzt werden, um ausgelagerte Komponenten der Vorrichtung aufzunehmen.In the case of washing machines and dishwashers, external dimensions of around 82 cm in height, 60 cm in width and a maximum of 60 cm in depth are the usual market standard, which enables installation under worktops, particularly in kitchen units. In order to continue to be able to maintain these external dimensions despite the additional components mentioned, it can be provided that individual components of the device according to the invention are outsourced to separate housings, which are housed in adjacent containers, for example under adjacent kitchen cabinets, and connected to the device or a main unit of the Device are connected via lines. If kitchen furniture does not reach down to the floor, the resulting cavity, which is usually closed off at the front by a base panel, can be used to accommodate external components of the device.
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