DE3134506C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kondensation von Dampf aus einem Dampf-Gas-Gemisch nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.

Derartige Verfahren und Anordnungen werden z. B. bei Trock­ nern, insbesondere Wäschetrocknern, benutzt. Derartige Ge­ räte dienen dazu, aus einem Dampf-Gas-Gemisch den Dampfan­ teil zu entfernen und auf diese Weise einen Gegenstand, z. B. nasse Wäsche, zu trocknen.

Ein derartiges Verfahren wird anhand der Fig. 1 am Beispiel eines Wäschetrockners näher erläutert. Im folgenden werden die Begriffe Dampf bzw. Gas für physikalische Aggregatzu­ stände eines Mediums, z. B. Wasser, benutzt, das sich un­ terhalb bzw. oberhalb seiner kritischen Temperatur (Tripel­ punkt befindet.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wäsche­ trockners, bei dem ein Gas, z. B. Luft bei Raumtemperatur (20°C) und einer geringen absoluten Feuchte, zunächst in einer Heizung 11 erwärmt wird auf eine hohe Temperatur, z. B. 125°C. Das erwärmte Gas wird, z. B. mit Hilfe eines Gebläses, einem Trockenraum 12 zugeführt, in dem sich ein zu trocknender Gegenstand, z. B. nasse Wäsche, befindet. In dem Trockenraum 12 wird das erwärmte Gas mit Dampf, z. B. Wasserdampf, angereichert, wodurch dem Gegenstand eine ent­ sprechende Flüssigkeitsmenge, z. B. Wasser, entzogen wird. Dieser Flüssigkeitsentzug bewirkt eine Trocknung des Gegen­ standes und es entsteht ein Dampf-Gas-Gemisch, das einem Dampf-Kondensator 10 zugeführt wird, der den Dampf konden­ siert und das entstandene Kondensat, z. B. Kondenswasser, ableitet. Ein derartiger, physikalisch arbeitender Dampf- Kondensator 10 kann verschiedenartig verwirklicht sein, z. B. als Abluft- oder Umluftkondensator. Bei einem Abluftkonden­ sator wird das erwärmte Dampf-Gas-Gemisch in die Umgebung des Trockners geleitet, die eine Kondensation des Dampfes bewirkt. Bei einem Umluftkondensator, der innerhalb des Trockners angeordnet ist, durchströmt das Dampf-Gas-Gemisch einen im allgemeinen mit Umgebungsluft oder Leitungswasser durchflossenen Kühler, dessen Temperatur den Taupunkt des Dampf-Gas-Gemisches be­ stimmt und somit den maximal erreichbaren Trocknungsgrad. Derartige Dampf-Kondensatoren haben den Nachteil, daß neben dem erwünschten Feuchtigkeitsentzug auch ein unerwünschter Wärmeentzug stattfindet. Derartige Trockner arbeiten unwirt­ schaftlich, da sie einen hohen Energieverbrauch haben.

Zur Beseitigung dieses Nachteils wurde vorgeschlagen, die von einem Umluftkondensator abgeführte Wärme mit Hilfe einer Wärmepumpe zurückzugewinnen und damit das im Trock­ ner umlaufende Dampf-Gas-Gemisch vorzuwärmen. Auch ein derartiger Trockner ist sehr unwirtschaftlich, denn die Wärmepumpe muß für große Wärmemengen ausgelegt sein, um eine Trocknung in einer angemessenen Zeit durchführen zu können. Eine derartige Wärmepumpe verbraucht zusätzliche Energie (Strom) und ist ein technisch aufwendiges und teures Bauteil.

Aus der DE-OS 30 09 525 sind ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Kühlen eines Gases und zum Kondensieren von in dem Gas befindlichen Wasserdampf bekannt. Dabei wird dem Gas-Wasserdampf-haltigen Gemisch in einem Gegenstrom­ wäscher eine unter 0°C abgekühlte Flüssigkeit, z. B. Wasser mit einem Frostschutzmittel, zugesetzt. Dadurch kühlt sich das Gas-Wasserdampf-Gemisch so stark ab, daß der darin befindliche Wasserdampf zu Wasser kondensiert und mit der Flüssigkeit entfernt werden kann. Es entsteht ein trocke­ nes Gas, das erneut zum Trocknen benutzt wird.

Aus der DE-OS 29 00 342 sind ein Verfahren und eine Ein­ richtung zur Kondensation eines Dampfstromes einer leicht flüchtigen Flüssigkeit bekannt. Dabei wird ein Gas-Wasser­ dampf-Gemisch nacheinander zwei Kondensatoren zugeführt, an welchen störender Wasserdampf kondensiert und abgelei­ tet wird und welche außerdem eine Wärmerückgewinnung und Vorwärmung des getrockneten Gases bewirken.

Aus der DE-OS 26 49 020 sind weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Trocknung und Kühlung von Gasen bekannt. Dabei wird zunächst der Taupunkt eines heißen Gas-Dampf-Gemisches gemessen und diesem solange kühleres Gas zugemischt, bis der Dampfanteil kondensiert und als Flüssigkeit entfernt werden kann. Es entsteht ein trocke­ nes gekühltes Gas, das z. B. zur Kühlung eines elektrischen Generators benutzt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die es betriebsicher und kostengünstig gestatten, insbesondere bei einem Umluft-Trockner, aus einem Dampf-Gas-Gemisch lediglich den Dampfanteil zu entfernen und gleichzeitig einen wesentlichen Anteil der in dem Dampf-Gas-Gemisch enthaltenen Wärmemenge zu erhal­ ten und/oder zurückzugewinnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 und 5 ange­ gebenen Merkmale.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß insbesondere ein in einem Umluft-Trockner installierter Dampf-Kondensa­ tor ein gegenüber dem Stand der Technik geringeren Kühl­ mitteldurchsatz, z. B. Leitungswasser, benötigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Trockners, z. B. eines Umluft-Wäschetrockners. In der Hei­ zung 11 wird Gas bzw. Luft erwärmt und mit Hilfe eines Ge­ bläses zu dem Trockenraum 12 geleitet, der z. B. nasse Wäsche enthält. Die erwärmte Luft entzieht der Wäsche Feuchtigkeit, es entsteht ein Wasserdampf-Luft-Gemisch, das mindestens einem Bauelement 20, vorzugsweise mindestens ein Wärmerohr, zugeführt wird. Das Bau­ element 20 besteht im wesentlichen aus mindestens einem er­ sten Wärmetauscher 21 und mindestens einem zweiten Wärme­ tauscher 22 sowie einer Einrichtung, die einem Wärmemengen­ transport 23 von dem ersten Wärmetauscher 21 zu dem zweiten Wärmetauscher 22 bewirkt. Der erste Wärmetauscher 21 entzieht zumindest einem Teil des zugeführten Wasserdampf-Luft-Gemisch erfindungsgemäß eine derartige Wärmemenge, daß eine Konden­ sation des Wasserdampfes gerade verhindert wird, so daß der anschließend durchlaufene Dampf-Kondensator 10 im wesentli­ chen lediglich Kondensationswärme abführen muß, um eine Kon­ densation des Dampfes zu bewirken. Nach Durchlaufen des Dampf- Kondensators 10 entsteht ein abgekühltes, eine geringe absolu­ te Feuchte aufweisendes Wasserdampf-Luft-Gemisch, das dem zweiten Wärmetauscher 22 zugeführt und dort vorgewärmt wird. Dieses geschieht mit Hilfe der Wärmemenge, die der erste Wär­ metauscher 21 dem Wasserdampf-Luft-Gemisch entzogen hat. Das derart vorgewärmte Gemisch wird wieder der Heizung 11 zugeführt. Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, die vom Dampf-Kondensator 10 abgeführte Wärmemenge mit Hilfe einer Wärmepumpe 24 ebenfalls zum Vorwärmen des Gemisches zu nutzen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Bauelementes 20, das mindestens ein Wärmerohr enthält. Das Wärmerohr besteht im wesentlichen aus einem allseits geschlossenen Rohr, das teil­ weise mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist. Besteht nun zwischen verschiedenen Bereichen des Rohres eine Tempera­ turdifferenz, so entsteht für die Arbeitsflüssigkeit eine Verdampfungs- und eine Kondensationszone. Der in der Ver­ dampfungszone entstehende Arbeitsdampf bewirkt einen Wär­ memengentransport 23 von dem als Kammer ausgebildeten er­ sten Wärmetauscher 21 zu dem ebenfalls kammerförmigen Wär­ metauscher 22, der durch eine Trennwand 25 von dem ersten Wärmetauscher 21 abgetrennt ist. An den Wärmetauschern 21 bzw. 22 befinden sich z. B. Anschlußstutzen 26, über die das Dampf-Gas-Gemisch in der beschriebenen Weise zu- bzw. abgeführt wird. Dieses ist in Fig. 3 durch Pfeile angedeu­ tet.

Ein Wärmerohr kann einen Wärmemengentransport 23 nur von einem Bereich mit höherer Temperatur zu einem Bereich mit niedriger Temperatur durchführen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird ein derartiger Temperaturunterschied zwi­ schen den Wärmetauschern 21 und 22 erzeugt mit Hilfe des Dampf-Kondensators 10, der dem umlaufenen Dampf-Gas-Ge­ misch eine Wärmemenge (Kondensationswärme) entzieht.

Die Erfindung, insbesondere unter Anwendung eines Wärmerohrs, ist nicht auf Trockner der beschriebenen Art beschränkt, son­ dern allgemein anwendbar, z. B. auf Reinigungsmaschinen, die mit organischen Lösungsmitteln bzw. -dämpfen arbeiten. Auch bei derarigen Anwendungen ist es zweckmäßig, aus einen er­ wärmten Dampf-Gas-Gemisch lediglich den Dampf zu kondensie­ ren, z. B. zwecks Reinigung desselben, und die Wärme im um­ laufenden Gemisch zu erhalten. Die Erfindung ist an derarti­ ge Anwendungen in einfacher Weise anpaßbar, z. B. dadurch, daß die geometrische Form und/oder die Arbeitsflüssigkeit des Wärmerohres gemäß den Anforderungen gewählt werden.

Weiterhin umfaßt die Erfindung nicht nur passiv arbeiten­ de Bauelemente 20, z. B. das beschriebene Wärmerohr, son­ dern auch aktiv arbeitende Bauelemente 20, z. B. eine wei­ tere Wärmepumpe.

Claims (6)

1. Verfahren zur Kondensation von Dampf aus einem Dampf- Gas-Gemisch, das in einem im wesentlichen geschlossenen Kreislauf fortlaufend einen Dampf-Kondensator (10) durch­ läuft, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) in dem Kreislauf mindestens ein wärmetauschendes Bauelement (20) angeordnet ist, das mindestens einen ersten Wärmetauscher (21) und mindestens einen zwei­ ten Wärmetauscher (22) enthält, wodurch ein Wärme­ mengentransport (23) zwischen den beiden Wärmetau­ schern (21, 22) erfolgt,
• b) das Bauelement (20) derart in dem Kreislauf angeord­ net ist, daß das eine hohe Temperatur und eine hohe Dampfkonzentration besitzende Dampf-Gas-Gemisch nacheinander den ersten Wärmetauscher (21), den Dampf-Kondensator (10) sowie den zweiten Wärmetau­ scher (22) durchlaufen kann, und
• c) der Dampf im wesentlichen in dem Dampf-Kondensator (10) kondensiert, aus dem das entstehende Kondensat und die anfallende Kondensationswärme abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationswärme dem Dampf-Gas-Gemisch, nachdem dieses zumindest den Dampf-Kondensator (10) durchlaufen hat, wieder zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensationswärme dem Dampf-Gas-Gemisch, nachdem dieses zumindest den Dampf-Kondensator (10) sowie den zweiten Wärmetauscher (22) durchlaufen hat, wieder zuge­ führt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der erste Wärme­ tauscher (21) des Bauelementes (20) auf einer Temperatur gehalten wird, die größer oder gleich der Taupunktstempe­ ratur des zu kondensierenden Dampfes ist.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, insbeson­ dere Trockner, nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Bauelement (20), das als Wärmerohr ausgebildet ist, keine beweglichen Bauteile vorhanden sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wärmepumpe (24) vorgesehen ist, die dem umlaufenden Dampf-Gas-Gemisch einen Teil der Kondensations­ wärme zuführt.