DE2457182A1

DE2457182A1 - Waermerueckgewinnungseinrichtung fuer geschirrspuelmaschinen

Info

Publication number: DE2457182A1
Application number: DE19742457182
Authority: DE
Inventors: Erwin Pilz; Berthold Schmidt
Original assignee: Stierlen Maquet AG
Current assignee: Stierlen Maquet AG
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1974-12-04
Publication date: 1976-06-10
Also published as: US3986345A; IT1054614B; ES438987A1; BE825985A; DE2457182C2

Description

Stierlen-Maquet Aktiengesellschaft, 7550 Rastatt, Kehler Straße

26. November 1974

Patentanmeldung mit Gebrauchsmuster-Hilfsanmeldung:

"Wärmerückgewinnungseinrichtung für Geschirrspülmaschinen"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Rückgewinnung der an den Spülraum abgegebenen Wärme gewerblicher Geschirrspülmaschinen.

Mit dem Gebrauchsmuster 6 933 648 wurde eine Einrichtung beschrieben, mit welcher die Verlustwärme gewerblicher Geschirrspülmaschinen nutzbar in die Geschirrspülmaschine zurückgeführt werden kann.

Die bekannte Einrichtung besteht im wesentlichen aus Luftzuführungskanälen für das Luft-Dampf-Gemisch und aus einer kompakt zusammengebauten Wärmepumpen-Einheit.

Es hat sich gezeigt, daß die Anpassung der Wärmerückgewinnungseinrichtung an den je nach Betriebszustand der Geschirrspülmaschine (Aufheizen, Vollast, Halblast usw.) unterschiedlichen Wärmebedarf mit Problemen behaftet ist und die bei der bekannten

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Einrichtung getroffenen Maßnahmen nicht ausreichen.

Aufgabe der Erfindung ist,die Wärmeleistung der Wärmerückgewinnungseinrichtung an die verschiedenen Betriebszustände der Geschirrspülmaschine anzupassen.

Gelöst wurde die Aufgabe durch eine abwechselnd zur Wirkung gelangende zweifache Durchflußmengenregelung im Wärmepumpenkreislauf und durch eine mit dieser korrespondierenden speziellen elektrischen Schaltung.

Anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis 7 wird die Wärmerückgewinnungseinrichtung im nachfolgenden näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt schematisch in Ansicht eine Geschirrspülmaschine mit auf ihr aufgebauter Wärmerückgewinnungseinrichtung, wobei diese mit den dazu gehörenden Luftkanälen schraffiert dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel mit zwei unmittelbar aneinander anschließenden, auf der Geschirrspülmaschine angeordneten Wärmepumpen und

Fig. 3 ebenfalls ein Beispiel mit zwei Wärmepumpen, wobei diese jedoch durch einen kurzen Verbindungsluftkanal miteinander verbunden sind.

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Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Wärmepumpeneinheit in schematisierter Darstellung und

Fig. 5 einen Querschnitt in gleicher Darstellungsweise.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung des Wärmepumpenkreislaufprozesses und

Fig. 7 ist ein elektrisches Schaltschema zu Fig. 6, in welchem jedoch alle für die Erläuterung der Erfindung nicht erforderlichen Schaltgeräte weggelassen sind.

In den Figuren sind die Wärmepumpe mit 1, die einlaufseitigen Kanäle mit 2, die auslaufseitigen mit 3, die Geschirrspülmaschine mit 4, die Geschirreinlaufbahn mit 5, die Geschirrauslaufbahn mit und der Verbindungskanal mit 7 bezeichnet.

Die Wärmepumpe besteht im wesentlichen aus dem Motorkompressor 11, dem Verdampfer 12, dem Kondensator 13 und dem Zusatzkondensator 14, der zugleich Sammler und Unterkühler ist. Im Wärmepumpengehäuse 17 ist ferner der Ventilator 16 untergebracht.

Der Ventilator 16 saugt das Luft-Dampf-Gemisch über die Luftkanäle 2, 3 und 7 durch die Lufteintrittsschlitze 21 und 31 zur Eintrittsseite des Verdampfers 12. Im Verdampfer 12 wird das Luft-Dampf-Gemisch abgekühlt, wobei der Dampf kondensiert und die entfeuchtete, gekühlte Luft an der Ausblasöffnung 19 nach oben ins Freie ausgeblasen wird.

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Die Luftansaugkammer 18 bewirkt eine gleichmäßige Durchströmung des Verdampfers 12 und sorgt gleichzeitig für das Abscheiden eventuell mitgerissener Wassertröpfchen.

Die Luftkanäle 2 und 3 sind in dem das Geschirrspülmaschinengehäuse überragenden Teil unten offen, womit der Ventilator die aus der Maschineneinlauföffnung 41 bzw. der Geschirrspülmaschinen-Auslauföffnung 42 austretenden Dämpfe unmittelbar ansaugt. Um die Ansaugmenge dem unterschiedlichen Dampfanfall an der Maschineneinlauf- bzw. Auslaufseite anzupassen, sind die Ansaugstellen der Luftkanäle mit - nicht dargestellten Reguliereinrichtungen (z. B. Schieber oder Klappen) versehen.

Die dem Dampf-Luft-Gemisch im Verdampfer 12 entzogene Wärme wird im Kondensator 13 und im Zusatzkondensator 14 abgeführt. Eine nicht dargestellte, an der Geschirrspülmaschine angeordnete Wasserumwälzpumpe pumpt das Tankwasser über die Vorlaufleitung durch den Kondensator, von wo es durch die Tankwasser-Rücklaufleitung 132 erwärmt dem Tank zufließt. Im Zusatzkondensator 14, der gleichzeitig Sammler und Unterkühler ist, wird das für die Nachspülung in der Geschirrspülmaschine erforderliche Frischwasser vorgewärmt, wobei es dem Zusatzkondensator 14 über den Nachspülwasservorlauf 141 zufließt und über den Nachspülwasserrücklauf 142 zum Heißwasserbereiter geleitet wird. Die Tankwasserleitungen 131, 132 und die Frischwasserleitungen 141 und 142 werden nach Verlassen des Wärmepumpengehäuses innerhalb der Geschirrspülmaschine - von außen unsichtbar

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weitergeführt. Das Wärmepumpengehäuse 17 besteht aus abnehmbaren Wandteilen 171 und einem am Gehäusegrundrahmen 174 fest angeordneten Gehäusemittelstück 172, in welchem die Kontrollinstrumente 173 untergebracht sind.

Das Wärmepumpengehäuse 17 und die Luftkanäle 2, 3 und 7 sind, wie Fig. 5 zeigt, gegenüber der Vorderwand der Geschirrspülmaschine nach hinten versetzt angeordnet, womit die vertikale Öffnung der Reinigungstür 43 an der Geschirrspülmaschine ermöglicht wird.

Mit Hilfe des Motorkompressors 11 wird das Arbeitsmittel (z. B. Difluordichlormethan) der Wärmepumpe verdichtet und in den Kondensator 13 gedrückt, der die Kondensations- und Kompressionswärme an das Tankwasser der Geschirrspülmaschine abgibt. Im nachgeschalteten Zusatzkondensator 14, der gleichzeitig Sammler und Unterkühler ist, wird ein Teil der Kondensationswärme und die gesamte Unterkühlungswärme an das vorzuwärmende Nachspülwasser der Geschirrspülmaschine abgegeben. Das flüssige Arbeitsmittel gelangt nun über ein Drosselorgan (Expansionsventil) zum Verdampfer 12, wo es auf Verdampferdruck entspannt verdampft und die zum Verdampfen erforderliche Wärme dem an der Geschirrspülmaschine abgesaugten Dampf-Luft-Gemisch entzieht. Das dampfförmige Arbeitsmittel wird über eine Saugleitung vom Mo tor kompressor 11 angesaugt, v/o der beschriebene Prozeßkreislauf von neuem beginnt. Erfindungsgemäß besteht die dem Verdampfer 12 vorgeschaltete Drosseleinrichtung nicht aus einem einzigen

Expansionsventil, sondern aus zwei parallel geschalteten Expansionsventilen, denen Absperrorgane zugeordnet sind. Das eine Drosselorgan ist als thermisches Expansionsventil ausgebildet, das, beeinflußt durch die überhitzungstemperatur in der Saugleitung, für volle Beaufschlagung des Verdampfers sorgt und dem das elektromagnetische Absperrventil 116 zugeordnet ist. In der parallel geführten Rohrleitung ist das automatische Expansionsventil 114 angeordnet, das, zur Funktion gebracht, im Verdampfer 12 einen vorgewählten Verdampferdruck und damit eine vorgewählte Verdampfungstemperatur einhält. Diesem automatischen Expansionsventil 114 ist das elektromagnetische Absperrventil 115 zugeordnet.

Sorgt man dafür, daß das Absperrventil 116 öffnet, während das Absperrventil 115 geschlossen bleibt, dann stellt das thermisch gesteuerte Expansionsventil 113 höchstmögliche Verdampfungstemperaturen und damit auch höchstmögliche Leistung der Wärmepumpe ein. Würde nun durch zu geringe Wärmeabnahme in der Geschirrspülmaschine, z. B. bei Halblast, die Wassertemperatur im Waschtank und damit der Kondensationsdruck der Wärmepumpe zu hoch ansteigen, dann muß - da die Wärmepumpe während der Laufzeit der Geschirrspülmaschine nicht abgeschaltet werden darf - die Wärmeleistung gedrosselt werden. Das geschieht in der Weise, daß ein Thermostat das Absperrventil 116 abschaltet, zugleich aber über einen Hilfskontakt das Absperrventil 115 eingeschaltet und damit geöffnet wird. Nun fließt das Arbeitsmittel über das automatische Expansionsventil 114

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dem Verdampfer zu, das die Wärmepumpenleistung so stark herabdrosselt, daß trotz weiterlaufender Maschine keine unzulässigen Drücke im Kondensator 13 auftreten können. Sobald die Temperatur des Tankwassers und damit die Kondensationstemperatur wieder absinkt, öffnet, beeinflußt durch den Thermostaten, das Ventil mit gleichzeitigem Schließen des Absperrventils 115, und die Wärmepumpe arbeitet wieder mit höchster Leistung.

Bei Vollast setzt sich die Wärmeleistung einer derartigen Wärmepumpe zusammen aus etwa 22,5 % Kompressor- und Hilfsantriebswärme, ca. 55 % Verdampfungswärme des Arbeitsmittels und ca. 22,5 % Unterkühlungswärme des Arbeitsmittels. Da bei entsprechend eingerichteten Geschirrspülmaschinen mit verringerter Auslastung auch der Nachspülwasserbedarf reduziert wird, verringert sich die Unterkühlungswärme von selbst. Verdampfungswärme und Wärmeäquivalent der Kompressorarbeit lassen sich mit Hilfe des automatischen Expansionsventils 114 durch geringere Beaufschlagung des Verdampfers 12 reduzieren. Es gelingt mit dieser Maßnahme, die Wärmeleistung der Wärmepumpe um mehr als 50 % abzusenken.

Die Berücksichtigung der verschiedenen Betriebszustände der Geschirrspülmaschine wird anhand des Schaltbildes nach Fig. 7 beschrieben:

Der Motorkompressor 11 wird über einen Hauptschaltschütz 117 direkt oder indirekt geschaltet. Bei der bevorzugten indirekten Schaltung sorgt ein Druckwächter (Pressostat) in der Saugleitung des Arbeitsmittelkreislaufes für das Einschalten und Stillsetzen

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des Motorkompressors 11. Sobald eines der beiden Absperrventile 115 oder 116 öffnet, steigt der Druck im Verdampfer und damit in der Saugleitung zum Kompressor. Der Pressostat schließt den Steuerstromkreis und die Maschine läuft an. Sind beide Absperrventile geschlossen, dann saugt der Motorkompressor 11 soweit ab, bis der Pressostat 111 die Steuerleitung unterbricht.

Die Absperrventile 115 und 116 werden von dem gemeinsamen Thermostat 112 je nach Betriebszustand gesteuert.

Beim Aufheizen der Geschirrspülmaschine wird der Steuerstromkreis durch den Schalter 411 geschlossen. Dieser Schalter kann z. B. ein Handschalter mit der Bezeichnung "AUFHEIZEN" sein oder der Schalter eines Tankwasser-Niveaureglers, der bei Erreichung des erforderlichen Füllungsstandes im Tank der Geschirrspülmaschine die Steuerleitung schließt. Ist dann das Tankwasser noch zu kalt, dann hat auch der Thermostat 112 den Steuerstromkreis geschlossen und die Magnetspule des Absperrventils 116 wird vom Strom durchflossen, womit sich das Ventil öffnet und der Druck im Verdampfer 12 erhöht wird. Beeinflußt durch diese Druckerhöhung schließt der Pressostat den Steuerstromkreis im Schaltschütz 117 und der Motorkompressor 11 läuft an.

Ist im Betriebszustand "AUFHEIZEN" die Tanktemperatur erreicht, dann öffnet der Thermostat 112 den Steuerstromkreis, das Magnetventil 116 schließt, der Motorkompressor 11 saugt bis auf

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Ausschaltdruck aus und wird dann durch den Pressostaten 111 stillgesetzt. Durch dieses Spiel mit Einschalten und Stillsetzen des Motorkompressors kann nach dem Aufheizen beliebig lang bis zum Beginn des Geschirrspülens die Tankwassertemperatur aufrecht erhalten werden. Selbstverständlich könnte das gleiche auch erreicht werden, wenn der Thermostat 112 den Steuerstromkreis im Schaltschütz 117 direkt schalten würde. Die indirekte Schaltung über den Pressostaten 111 bringt aber verschiedene Vorteile (z. B. kann in längeren Stillstandspausen kein Arbeitsmittel im Kurbelgehäuse des Motorkompressors 11 kondensieren und es werden Flüssigkeitsschläge und das gefürchtete ölaufschäumen beim Anlauf des Kompressors vermieden).

Im Betriebszustand "SPÜLEN", d. h. wenn die Waschwasserpumpen der Geschirrspülmaschine eingeschaltet werden, ist zur Tankwassertemperaturregulierung Einschalten und Stillsetzen des Motorkompressors nicht mehr möglich, so daß nun bei Erreichen der höchst zulässigen Tankwassertemperatur die Wärmeleistung der Wärmepumpe drastisch abgesenkt werden muß. Mit dem Einschalten der Waschpumpen in der Geschirrspülmaschine wird gleichzeitig der Schalter 412 geschlossen. Wenn nun der Thermostat die Steuerstromleitung zum Absperrventil 116 unterbricht, dann wird gleichzeitig durch den Hilfskontakt (der auch ein Hilfsschütz oder dgl. sein kann) der Steuerstromkreis zum Absperrventil 115 geschlossen, womit das Arbeitsmittel der Wärmepumpe nicht mehr über das thermostatisch gesteuerte Expansionsventil (Regelventil) 113, sondern über das viel stärker drosselnde automatische Expansionsventil (Regelventil) 114 dem Verdampfer

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zufließt. Sobald durch diese drastische Wärmeleistungsreduzierung die Tankwassertemperatur wieder abgefallen ist, schließt der Thermostat 112 den Steuerstromkreis zum Absperrventil 116. Gleichzeitig öffnet der Hilfskontakt im Steuerstromkreis zum Absperrventil 115, wodurch dieses geschlossen wird und die Maschine wieder mit voller Leistung, geregelt durch das thermostatische Expansionsventil 113, arbeitet.

Mit der Erfindung wurde eine einfache Regeleinrichtung für Wärmepumpen zur Rückgewinnung der Verlustwärme gewerblicher Geschirrspülmaschinen geschaffen, die sämtlichen Betriebszuständen der Geschirrspülmaschine:

Aufheizen,

Temperaturhalten,

Spülen mit Temperaturhalten und

Stillsetzen

gerecht wird.

Claims

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Schutzansprüche

f 1.1 Wärmerückgewinnungseinrichtung für Geschirrspülmaschinen mittels Wärmepumpe, die der Umgebungsluft die von der Geschirrspülmaschine abgegebene Wärme entzieht und den aus der Geschirrspülmaschine austretenden Wasserdampf unter Rückgewinnung der Verdampfungswärme kondensiert und die zurückgewonnene Wärme an das Tankwasser bzw. Nachspülwasser der Geschirrspülmaschine abgibt, dadurch gekennzeichnet , daß im Wärmepumpenkreislauf zwei parallel geschaltete Regelventile (113, 114) mit diesen vor- oder nachgeschalteten Absperrventilen (115, 116) angeordnet sind, von welchen das eine Regelventil (113) thermostatisch von der Beaufschlagung des Verdampfers gesteuert ist, während das andere Regelventil (114) einen eingestellten Verdampferdruck automatisch einhält, und daß mit Hilfe der Absperrventile (115, 116) wechselweise das eine oder das andere Regelventil (113, 114) zur Wirkung kommt.
2. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn.et , daß die Absperrventile (115, 116) von einem Thermostaten (112) gesteuert werden, der je nach Betriebszustand der Geschirrspülmaschine die Absperrventile (115, 116) betätigt.

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3. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ze ichnet , daß beide Absperrventile (115, 116) von einem gemeinsamen Thermostaten (112) gesteuert werden.
4. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand "AUFHEIZEN" vom Thermostaten (112) nur das dem thermostatischen Expansionsventil (113) zugeordnete Absperrventil (116) geöffnet und bei Erreichung der Aufheiζtemperatur geschlossen wird.
5. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß nach beendeter Aufheizung zur Temperatürhaitung der Thermostat (112) das dem thermostatischen Expansionsventil (113) zugeordnete Absperrventil (116) entsprechend seiner Ein-Aus-Schaltdifferenz öffnet oder schließt und gleichzeitig den Motorkompressor (11) der Wärmepumpe EIN bzw. AUS schaltet.
6. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Motorkompressor (11) indirekt über einen Saugdruckpressostaten (111) vom durch den Thermostaten (112) geöffneten oder geschlossenen Absperrventil (116) EIN bzw. AUS geschaltet wird.

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7. Wärmerückgewinnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand "SPÜLEN" bei Überschreitung der verlangten Tankwassertemperatur vom Thermostaten (112) das dem thermostatischen Expansionsventil (113) zugeordnete Absperrventil (116) geschlossen, zugleich aber das dem automatischen Expansionsventil (114) zugeordnete Absperrventil (115) geöffnet wird, während der Motorkompressor (11) weiterläuft.

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