DE3019922C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine gewerbliche Durchlauf-Geschirr­ spülmaschine mit Wärmepumpe, bei welcher unter Verzicht auf konventionelle Heizungen die Erwärmung und Warmhaltung des Spülwassers, die Erwärmung des Nachspülwassers und die Trocknung des Geschirrs aus der Wärmepumpe vorgenommen werden.

Große gewerbliche Durchlauf-Geschirrspülmaschinen haben einen Energiebedarf von 90-150 und mehr KW, wovon etwa 95% als Heizenergie benötigt werden. Die gesamte, in die Maschine hineingesteckte Energie geht als wertlose, um­ weltbelastende Energie verloren. Da aber der größte Teil der Heizenergie bei relativ niedrigem Temperaturniveau be­ nötigt wird, bietet sich der Einsatz der Wärmepumpe zur Wärmerückgewinnung an.

Aus den Schriften DE-OS 24 57 182, DE-GM 69 33 648, FR-PS 75 29 605 sind bereits gewerbliche Durchlauf-Ge­ schirrspülmaschinen bekannt, bei welchen der aus der Ma­ schine austretende Wasserdampf, zusammen mit der von Ma­ schine und Geschirr an die Raumluft abgegebenen fühlbaren Wärme, mit Hilfe der Wärmepumpe zur Erwärmung und Warmhal­ tung des, mit etwa 330 K benötigten Spülwassers, sowie zur Vorwärmung des Nachspülwassers genutzt werden. Bei allen diesen Maschinen konnte bisher auf konventionelle Zusatz­ heizungen für das, mit etwa 360 K verlangte Nachspülwas­ sers und für die Lufterwärmung in den Trocknungszonen, wenn solche wegen zu kurzer Auslaufbahnen erforderlich wa­ ren, nicht verzichtet werden. Bei den Wärmepumpen dieser Maschinen ist jeweils der Nebenkondensator dem Hauptkon­ densator nachgeschaltet.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, das Nachspül­ wasser einer gewerblichen Durchlauf-Geschirrspülmaschine ohne zusätzliche Heizung auf die erforderliche Temperatur zu bringen.

Die Wärmepumpe der gewerblichen Durchlauf-Geschirrspülma­ schine hat einen Hauptkondensator zur Aufheizung des Spül­ wassers und einen Nebenkondensator zur Aufheizung des Nachspülwassers, wobei der Hauptkondensator in Strömungs­ richtung des Arbeitsmittels der Wärmepumpe nach dem Neben­ kondensator angeordnet ist und dem Hauptkondensator ein separater Unterkühler nachgeschaltet ist, in dem das Nach­ spülwasser vor Eintritt in den Nebenkondensator vorgewärmt wird.

Nach der Erfindung werden 75% der für den Betrieb einer gewerblichen Geschirrspülmaschine erforderlichen Energie zurückgewonnen. Die Geschirrspülmaschine erfordert somit nur noch 25% der sonst notwendigen Energie zu ihrem Be­ trieb. Dabei werden ohne zusätzliche Heizungen die übli­ chen Spül- und Nachspülwassertemperaturen eingehalten. Oh­ ne nennenswerten Aufwand wird auch die vollständige Trock­ nung aller Geschirrarten erreicht. Der Arbeitsraum bleibt weitgehends trocken von Belastungen durch Wärme und Was­ serdampf, womit sich kostspielige Lüftungseinrichtungen erübrigen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 5 beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Energiefluß einer gewerblichen Durch­ lauf-Geschirrspülmaschine ohne Wärmepumpe.

Fig. 2 zeigt den Energiefluß einer bereits bekannten ge­ werblichen Durchlauf-Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe zur Warmhaltung des Spülwassers und Vorwärmung des Nachspülwassers.

Fig. 3 zeigt den Energiefluß der erfindungsgemäßen ge­ werblichen Durchlauf-Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe zur Warmhaltung des Spülwassers und zur Aufheizung des Nachspülwassers ohne Zusatz­ heizungen.

Fig. 4 ist ein schematisch gezeichneter Längsschnitt zu der erfindungsgemäßen gewerblichen Durchlauf- Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe.

Fig. 5 ist ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Wärmepumpe für eine gewerbliche Durchlauf-Ge­ schirrspülmaschine.

Aus dem Energieflußbild für die gewerbliche Geschirrspülmaschine ohne Wärmepumpe (Fig. 1) ist zu erkennen, daß sich der mit 100% angesetzte Energiebedarf EB der Geschirrspülmaschine zusammen­ setzt aus: 5% Energiebedarf der Geschirrspülmaschinenmotore (Pumpenmotore, Transportmotore), aus 40% Heizenergiebedarf WH für die Warmhaltung des Waschwassers und 55% Heizenergiebedarf NH für die Aufheizung des Nachspülwassers. Auf der Energieabfluß­ seite beträgt entsprechend der zulaufenden Nachspülwassermenge der Energieverlust AW durch das Abwasser 25%. Die Raumbelastung RB mit Abwärme aus der Geschirrspülmaschine, bestehend aus Was­ serdampf und fühlbarer Wärme, macht 75% aus und muß mit lüftungs­ technischen Maßnahmen beseitigt werden.

Bei der bekannten Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Fig. 2 werden 65% des Gesamtenergiebedarfes EB als Wärmepumpenleistung WP von der Wärmepumpe geliefert, von denen allerdings 15% in Form von Exergie für den Energiebedarf WM der Wärmepumpenmotore zugeführt werden müssen. Der Exergieanteil GM für die Motore der Geschirrspülmaschine bleibt mit 5% unverändert. Die er­ forderliche Heizenergie WH mit 40% für die Warmhaltung des Wasch­ wassers und 25% von der Heizenergie NH für das Nachspülwasser übernimmt die Wärmepumpe, so daß nur noch 30% Exergie für die Restaufheizung des Nachspülwassers erforderlich sind. Im Ener­ gieabfluß bleibt der Anteil AW des Abwassers mit 25% gleich, während die Raumbelastung RB auf 25% verringert wird. Der Energierückgewinn RG durch die Wärmepumpe beträgt 50%.

Das Energieflußbild Fig. 3 zu der, nach der Erfindung ausge­ führten Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe zeigt, daß ein optimaler Wärmerückgewinn unter Vermeidung der Raumbelastung mit Abwärme möglich ist. In der Energiezufuhr übernimmt die Wärmepumpenleistung WP den gesamten Heizwärmebedarf mit 95%. Nur noch 25% sind, zusammengesetzt aus 5% Antriebsenergie für die Geschirrspülmaschinenmotore und 20% Antriebsenergie WM für die Motore der Wärmepumpe, für den Betrieb der Geschirrspül­ maschine erforderlich. Von der Abwärme werden genau diese 25% durch das Abwasser AW abgeführt, womit der Wärmerückgewinn RH 75% beträgt und der Arbeitsraum ohne Wärmebelastung bleibt.

Einzelheiten der Ausführung sind Fig. 4 zu entnehmen.

Das Geschirr wird auf der Zulaufbahn 1 in die Halterungen des Geschirrtransportbandes 12 gestellt und gelangt zunächst in die Vorwaschzone 2, wo es von groben Speiseresten befreit wird. Die Vorwaschzone 2 bleibt in der Regel unbeheizt, während die nachfolgenden Waschzonen 3, zur vollen Entfaltung der Wasch­ mittel-Waschkraft, eine Waschwassertemperatur von etwa 330 K haben müssen. In der Nachspülzone 4 werden mit klarem, ent­ spannten Nachspülwasser die Waschlaugenreste abgespült. Aus hygienischen Gründen und um den Trocknungseffekt zu steigern, soll das Nachspülwasser eine Temperatur von etwa 360 K haben. Das Nachspülwasser regeneriert durch Vermischung des Waschwassers, und fließt schließlich aus der unbeheizten Vorwaschzone 2 mit etwa 315 K als Abwasser in die Kanalisation. Aus der Nachspül­ zone 4 gelangt das Geschirr 13 in die Abtropfzone 5, die bei manchen Bauarten als Ausblaszone für Geschirrhohlräume, aus denen das Spülwasser nicht frei ablaufen und abtropfen kann, ausgebildet ist. An die Abtropfzone 5 schließt sich die Aus­ laufbahn 6 an, wo bei ausreichender Länge dieser Bahn das Geschirr 13 mit Hilfe der aufgenommenen Wärme von selbst an der Luft trocknet. Da der Trocknungsvorgang bei gegebenen Temperaturen eine Funktion der Zeit ist, fällt bei schnell­ laufenden Maschinen die Auslaufbahn 6 unausführbar lang aus, so daß mit bewegter und vorgewärmter Luft eine Beschleunigung der Geschirrtrocknung erzwungen werden muß.

Es sind für diesen Zweck Luftduschen bekannt, die auf die Aus­ laufbahn 6 aufgesetzt werden und die mittels eines Gebläses erwärmte Luft von oben auf das Geschirr 13 blasen. Diese Ein­ richtungen erfordern jedoch zusätzlichen Investitionsaufwand, haben nicht unbeachtlichen Energieverbrauch, belästigen mit der abströmenden warmen und feuchten Luft das Bedienungsper­ sonal und sind durch ihre Abwärme eine zusätzliche Raumbe­ lastung.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen. Mittel dazu ist ein Luftführungstunnel 7, der auf die Auslaufbahn 6 aufgesetzt ist, und von der, vom Ge­ bläse 14 der Wärmepumpe 15 zum Zwecke der Wärmerückgewinnung angesaugten Raumluft, durchströmt wird. Vor der Abtropfzone 5 mündet der Luftführungstunnel 7 in den Luftansaugschacht 8. Um zu verhindern, daß durch den starken Sog zuviel Wrasen aus der Maschine und unnötige Luft von der Maschineneinlaufseite angesaugt wird, schirmt ein Luftstrahl 10, der vom Luftstrahl­ gebläse 11 erzeugt wird, den Luftansaugschacht 8 gegenüber dem Innenraum der Maschine ab. Versuche haben ergeben, daß der Luftstrahl 10, je nach Maschinentype und Betriebsweise, unter einem Winkel α zwischen 30 und 75° nach innen zur Nachspül­ zone 4 gerichtet sein muß. Durch die geschilderten Maßnahmen wird erreicht, daß die, der hohen Leistung der Wärmepumpe an­ gepaßte große Luftmenge den Lüftungstunnel 7 mit hoher Ge­ schwindigkeit und damit starkem Trocknungseffekt durchströmt.

Um diesen Effekt weiter zu steigern, sorgen Luftleitelemente 9 (z. B. in Form von Stegwänden in der Auslaufbahnwanne und in Form von schwenkbaren Klappen an der Tunneldecke) für eine gute Um­ strömung des Geschirrs 13. Die aus dem Arbeitsraum vom Gebläse 14 angesaugte und bei der Geschirrtrocknung, sowie durch den Wra­ sen aus der Geschirrspülmaschine erwärmte und mit Feuchtigkeit angereicherte Luft, wird im Verdampfer 151 abgekühlt, entfeuchtet und mit einer, gegenüber der Raumtemperatur niedrigeren Tempe­ ratur, wieder in den Arbeitsraum ausgeblasen.

Einzelheiten zur Funktion und der erfindungsgemäßen Sonderheiten in der Ausbildung der Wärmepumpe sind Fig. 5 zu entnehmen. Die bei der Abkühlung und Entfeuchtung der Raumluft entzogene Wärme bringt im Verdampfer 151 den Arbeitsstoff der Wärmepumpe 15 zur Verdampfung, der im gasförmigen und überhitzten Zustand vom Kompressor 152 angesaugt und verdichtet wird. Er ist sodann bei einer relativ hohen, dem Kompressionsdruck entsprechenden Temperatur kondensierbar. Im Kreisprozess wird der verflüssigte Arbeitsstoff zur erneuten Verdampfung über das Expansionsven­ til 157, wo er auf Verdampfungsdruck entspannt wird, dem Ver­ dampfer 151 zugeführt (die Arbeitsstoffleitungen sind in Fig. 5 gestrichelt gezeichnet) Verdampfung und Verdichtung sind mit einer Wärmeaufnahme verbunden, welche die Gesamtwärmeleistung der Wärmepumpe bestimmt, die im Kreislaufabschnitt nach dem Kom­ pressor bis zur Wiederverdampfung abgeführt werden muß und für Heizzwecke nutzbar gemacht werden kann.

Es ist Gegenstand der Erfindung, diese Wärmeabgabe optimal für die Geschirrspülmaschinenbeheizung einzusetzen.

Entscheidend für die Höhe der Kondensationstemperatur ist die Temperatur des Waschwassers, das mittels der Umwälzpumpe 32 aus dem Waschwassertank 31 angesaugt und nach Durchlauf durch den Hauptkondensator 155 erwärmt wieder in den Waschwassertank 31 zurückgeführt wird. Infolge der Sauggasüberhitzung und durch die Verdichtung hat der Arbeitsstoff nach dem Austritt aus dem Verdichter 152 eine erheblich über der Kondensationstemperatur liegende Temperatur. Nach der Erfindung wird diese Temperatur­ spanne zur Aufheizung des Nachspülwassers auf das gewünschte, über der Waschwassertemperatur liegende Temperaturniveau ge­ nutzt. Da aber die Überhitzungswärme, die nur etwa 12,5% des Gesamtenergiebedarfes EB ausmacht, nicht ausreicht, um das kalte Nachspülwasser im Erhitzer 153 auf die verlangte Tempe­ ratur zu bringen, muß eine möglichst hohe Vorwärmung durch Kon­ densationswärme im Nebenkondensator 154 (der dem Hauptkonden­ sator 155 vorgeschaltet ist) angestrebt werden. Es ist ferner bekannt, daß die Leistung einer Wärmepumpe erheblich gesteigert werden kann, wenn der, etwa mit Kondensationstemperatur den Hauptkondensator 155 verlassende Arbeitsstoff, vor seinem Ein­ tritt in das Expansionsventil 157 annähernd auf Verdampfungs­ temperatur unterkühlt wird. Nach der Erfindung wird die Unter­ kühlungswärme, die etwa 22,5% des Gesamtenergiebedarfes EB be­ trägt, zur Vorwärmung des kalten Nachspülwassers im Unter­ kühler 156 (vor Eintritt des Arbeitsstoffes in das Expansions­ ventil und vor Eintritt des Nachspülwassers in den Nebenkonden­ sator 154) herangezogen, womit sich eine dreistufige Erwärmung des Nachspülwassers ergibt. Der Nebenkondensator 154 hat dann nur noch etwa 20% des Gesamtenergiebedarfes EB zu übertragen. Das Nachspülwasser durchströmt gemäß der Erfindung zunächst den Unterkühler 156, gelangt anschließend in den Nebenkondensator 154, von hier in den Erhitzer 153 und steht sodann an den Nachspül­ düsen 41 mit der erwünschten Temperatur für seine eigentliche Aufgabe zur Verfügung.

Obwohl mit der beschriebenen Einrichtung bereits ein, für die meisten Geschirrarten ausreichender Trocknungseffekt erzielt wird, kann es sein, daß bei sehr leichtem Geschirr (z. B. aus dünnwandigem Kunststoff) die Eigenwärme des Geschirrs für den Trocknungsvorgang nicht ausreicht und eine gewisse Vorwärmung der Trocknungsluft erforderlich ist. Um in diesem Falle die be­ kannte und mit Nachteilen behaftete Luftdusche zu vermeiden, ist in einer Erweiterung der Erfindung vorgesehen, die Luft mittels der Wärmepumpe anzuwärmen. Da jedoch die Lufterwärmung im di­ rekten Wärmeaustausch mit der Kondensationsseite des Arbeits­ stoffes der Wärmepumpe 15 aus funktionellen, räumlichen und anderen Gründen problematisch ist, und das Waschwasser wegen seiner Aggressivität und Verschmutzung dazu ungeeignet er­ scheint, ist nach der Erfindung dafür ein, vom Nachspülwasser durchströmter Wärmeaustauscher 71 vorgesehen, der im Sog des Gebläses 14, z. B. über dem Luftführungstunnel 7 mit Mündung der Warmluftseite in die Ansaugseite des Luftführungstunnels 7, an­ geordnet werden kann. Um trotz dieser Nutzung der Nachspülwasser­ wärme die Temperatur an den Nachspülwasserdüsen 41 nicht abzu­ senken, ist eine (wie in Fig. 5 strichpunktiert gezeichnet) wasserseitige Unterteilung des Nebenkondensators 154 vorgesehen. Nachdem das Nachspülwasser den ersten Teil des Nebenkondensators 154 durchströmt hat, wird es etwa mit Kondensationstemperatur dem Wärmeaustauscher 71 zugeführt, wo es einen Teil seiner Wärme an die Trocknungsluft abgibt. Zur Wiederaufwärmung auf Kondensations­ temperatur durchfließt das Nachspülwasser den zweiten Teil des Nebenkondensators 154 und wird anschließend, in bereits geschilder­ ter Weise, im Erhitzer 153 auf Endtemperatur gebracht.

Mit der Erfindung werden 75% der, für den Betrieb einer gewerb­ lichen Geschirrspülmaschine erforderlichen Energie zurückgewonnen. Die Geschirrspülmaschine erfordert somit nur noch 25% der sonst notwendigen Energie zu ihrem Betrieb. Dabei werden ohne zusätzliche Heizungen die üblichen Wasch- und Nachspülwassertemperaturen ein­ gehalten. Ohne nennenswerten Aufwand wird auch die vollständige Trocknung aller Geschirrarten erreicht. Der Arbeitsraum bleibt weitgehends frei von Belastungen durch Wärme und Wasserdampf, womit sich kostspielige Lüftungseinrichtungen erübrigen.

Claims (9)

1. Gewerbliche Durchlauf-Geschirrspülmaschine mit Wärme­ pumpe mit einem

• a) Hauptkondensator (155) zur Aufheizung des Spül­ wassers und einem
• b) Nebenkondensator (154) zur Aufheizung des Nachspül­ wassers,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c) der Hauptkondensator (155) in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels der Wärmepumpe (15) nach dem Nebenkondensator (154) angeordnet ist und
• d) daß dem Hauptkondensator (155) ein separater Un­ terkühler (156) nachgeschaltet ist, in dem das Nachspülwasser vor Eintritt in den Nebenkondensa­ tor (154) vorgewärmt wird.

2. Geschirrspülmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Nebenkondensator (154) ein separater Erhitzer (153) vorgeschaltet und der Nebenkondensator (154) in zwei Bereiche aufgeteilt ist, wobei das vom Unterkühler (156) kommende Nachspülwasser den ersten Bereich des Nebenkondensators (154), danach einen Wärme­ tauscher (71) zur Erwärmung der Trockenluft, dann den zweiten Bereich des Nebenkondensators (154) und zuletzt den Erhitzer (153) durchströmt.

3. Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Wärme­ austauschflächen des Verdampfers (151) der Wärmepumpe (15) vorbeiströmende Luft entlang der Geschirrauslauf­ bahn (6), entgegengesetzt zur Geschirrlaufrichtung, an­ gesaugt wird.

4. Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anord­ nung eines Luftführungstunnels (7) im Bereich der Ge­ schirrauslaufbahn (6).

5. Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Luftleitelemente (9) im Auslauf­ bereich (5, 6) der Geschirrspülmaschine.

6. Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlauföff­ nung in der Geschirrspülmaschine zwischen Nachspül­ zone (4) und Luftansaugschacht (8) am Beginn des Luft­ führungstunnels (7) durch einen Luftstrahl (10) abge­ schirmt ist.

7. Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrahl (10) schräg nach innen zur Nachspülzone (4) gerichtet ist.

8. Gewerbliche Geschirrspülmaschine mit Wärmepumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl­ winkel α zwischen 30 und 75° beträgt.