DE3641665A1 - Energiesparendes vakuumtrockenverfahren sowie eine vorrichtung zum trocknen von textilgut - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen insbesondere von Textilgütern durch Abtrennung (Verdampfung und evtl. anschließender Kondensation) der freien Flüssigkeit im Vakuum, wobei die notwndige Erwärmungs- und Verdampfungsenthalpie energiesparend mittels einer Wärmepumpe zugeführt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die allgemein bekannten Verfahren wenden entweder das Verdunstungsprinzip oder das Verdampfungsverfahren zum Trocknen von Textilien an.

In ersten Fall erfolgt ein Abtransport der Flüssigkeit durch ständige Zuführung ungesättigter Luft (und Energie), während beim Verdampfungsprozeß soviel Energie zugeführt werden muß, bis die entsprechende Verdampfungstemperatur erreicht und der Phasenübergang vollzogen ist. Dabei ist die Verdampfungstemperatur um so niedriger, je geringer der herrschende statische Druck ist.

Häufig findet man die Anwendung von Vakuumtrocknern in der Verfahrenstechnik, hier vor allem zur schnellen und schonenden Trocknung von Lebensmitteln, Holz, Pharmaprodukten oder explosiven Stoffen. Dabei findet die Energiezufuhr zu dem Trocknungsgut entweder auf elektrischen Weg (el. Heizflächen oder Strahlungsflächen) oder durch Abkühlung von einem eingebrachtem heißen Fluidstrom statt. Zur Erzeugung des Vakuums stehen mechanische Vakuumpumpen oder Strahlpumpen zur Verfügung.

Es ist ein Verfahren zum Trocknen von Wäsche der genannten Art bekannt (DE 31 16 697 A1), bei dem in der Anfangsphase der Trocknung zunächst die Wäsche mittels einer außerhalb der Wäschetrommel angeordneten Heizspirale erhitzt wird, wobei vorzugsweise gleichzeitig der Vakuumbehälter evakuiert wird, um die Siedetemperatur entsprechend der zu trocknenden Wäsche abzusenken. Der beim Sieden entstehende Wasserdampf wird ständig abgepumpt, in eine Nebenkammer geleitet und dort komprimiert. Durch die bei einem Absolutdruck von wenigstens 0,04 bar sehr geringe Dichte des abzupumpenen Dampfes ergibt sich ein sehr großer Volumenstrom, der zu einem kaum vertretbaren Bauaufwand für die Vakuumpumpe führt, zumal der Energiebedarf für die ständig arbeitende Vakuumpumpe in dieser Ausführung zusammen mit der Anfangsheizung beachtliche Größenordnungen annimmt. Ferner nicht befriedigend gelöst bleibt der Wärmetransportmechanismus, mit der die an der Heizspirale abgegebene Wärme in Vakuumumgebung an die zu trocknende Wäsche gelangen soll, da die hierfür hauptsächlich in Betracht kommende Wärmestrahlung eine hohe Heizspiralentemperatur (mit entsprechenden Nachteilen) erfordert.

Ein ebenfalls bekannter Wäschetrockner mit evakuierbaren Behälter (DE 33 21 245 A1) verwendet zur Erzeugung des Vakuums eine Wasserstrahlpumpe. Zur Wärmerückgewinnung kann hierbei wahlweise zwischen dem Vakuumwäschebehälter und der Wasserstrahlpumpe ein Wärmetauscher angeordnet werden, der die bei der Kondensation des Wasserdampfes freiwerdende Energie an einen äußeren Wärmeträgerkreislauf überträgt. Offen bleibt hierbei allerdings, wie diese Energie bei dem nun herrschenden niedrigeren Temperaturniveau im Sinne einer Wärmerückgewinnung der zu trocknenden Wäsche wieder zugeführt werden soll. Ebenfalls ungeklärt bleibt die Frage nach der Energiezuführung, damit überhaupt das in der Wäsche befindliche Wasser verdampfen kann.

Vorrichtungen zur Überwachung der höchstzulässigen Guttemperatur sind bei beiden Erfindungen nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, daß einerseits die zur Trocknung von Textilgütern notwendige Energie (insbesondere die elektrische Energie) minimiert, andererseits die Trocknungszeit durch Schaffung eines guten Wärmeüberganges (unter Beachtung der jeweiligen höchstzulässigen Temperatur) deutlich verkürzt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die in einem Vakuumbehälter befindliche Wäsche mittels Wärmeleitung durch einen in den Behälter eingebauten Kondensator einer Wärmepumpe bis auf die vom Textilgut vorgegebene Behandlungstemperatur erwärmt wird, wobei zuvor der Druck im Behälter unter den entsprechenden Siededruck mittels Vakuumpumpe abgesenkt wurde. Der entstehende Dampf kann nun bei eingeschalteter Vakuumpumpe abgeführt oder vorzugsweise bei abgeschalteter Vakuumpumpe noch im Behälter wieder auskondensiert und das Kondensat gegebenenfalls auch noch abgekühlt werden. Die Vorteile bei einer Abkühlung des Kondensats bestehen zum einen in der dadurch zusätzlichen Verfügung stehenden Enthalpie, zum anderen in der Vermeidung eines erneuten Verdampfens des Kondensates. Dieser Vorgang geschieht bevorzugt durch den Verdampferteil der Wärmepumpe, der innen an der Mantelfläche des Vakuumbehälters angebracht ist. Diese Anordnung gewährleistet eine große Kondensationsfläche für den entstehenden Wasserdampf.

In einer bevorzugten Ausführung wird ein weiterer Wärmetauscher diesem Verdampfer nachgeschaltet, der zur weiteren Überhitzung des Kältemittels (besonders in der Anfangsphase der Trocknung) das Wärmeangebot der Umgebung, insbesondere die Abwärme der Antriebsmotoren, nutzt.

Das Volumen des Vakuumbehälters sollte so groß dimensioniert werden, daß das gesamte während der Trocknung anfallende Kondensat aufgenommen werden kann, ohne das es den Wäschebehälter erreicht. Der Vorteil dabei ist, daß nach dem Abschluß der Trocknung und Einleitung des Umgebungsdrucks in den Behälter das gesamte Kondensat mit nur sehr geringem Aufwand abgepumpt werden kann. Anderenfalls muß das Kondensat mit einer entsprechend leistungsfähigen Pumpe (höherer Energiebedarf) vom Zustand des Vakuums aus der Nebenkammer gepumpt werden.

Der Kondensator der Wärmepumpe befindet sich in der bevorzugten Ausführung innen auf der Mantelfläche des Wäschebehälters, der im Vakuumbehälter angeordnet ist und dazu dient, das zu trocknende Gut aufzunehmen. Der Wäschebehälter ist nach außen mit einer Isolierung versehen. An den Stirnseiten des Wäschebehälters befinden sich dampfdurchlässige Abdeckungen (22) (z. B. Siebe), die den inneren Zylinder für das Textilgut verschließen. Dabei sollte die vordere Abdeckung zum Be- und Entladen des Gutes abnehmbar sein.

Um ein etwaiges Verhaken von Wäscheteilen (Reißverschlüsse, Knöpfe, etc.) zwischen den Kondensatorrohren zu vermeiden, wird der Kondensator der Wärmepumpe mit einer Abdeckung versehen, wobei der Raum zwischen den Rohren mit einer Isolierung ausgefüllt wird, so daß die Abdeckung infolge der Wärmeleitung beheizt wird.

Um die Wärmeverluste sowohl des Kondensators (7) als auch des Verdampfers (13) möglichst gering zu halten, kann der gesamte Vakuumbehälter von außen mit einer Isolierung (19) versehen werden.

Um schwierig zu lösende Dichtungsprobleme bei den Anschlüssen (20) aufgrund des Vakuums und der Verwendung eines Kältemittels zu vermeiden, dabei jedoch eine gleichmäßige und schnelle Trocknung zu erreichen, wird der Behälter in der bevorzugen Ausführung drehbar gelagert und der Drehwinkel begrenzt (Drehwinkel z. B. 270°), wobei die Drehrichtung jeweils wechselt. Dadurch ist es möglich, die Verbindungen zum Behälter flexibel auszuführen, wobei bei den Anschlüssen (20) keine beweglichen Teile auftreten. Die Durchmischung des Textilgutes kann wahlweise durch den Einbau von Mischungsstegen (21) verbessert werden.

Im folgenden wird der Trocknungsvorgang anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.

Fig. 1 stellt den Behälter mit den erforderlichen Anschlüssen schematisch dar,

Fig. 2 skizziert die erforderlichen Bestandteile für den erfindungsgemäßen Prozeßablauf.

Nach dem Befüllen des Wäschebehälters (1) mit dem zu trocknenden Gut (2) durch den Verschluß (3) stellt der Benutzer am Sollwertgeber (4) die je nach Inhalt zulässige Temperatur ein. Diese Vorgabe begrenzt einmal die Kondensatortemperatur der Wärmepumpe, zum anderen auch den erforderlichen Unterdruck. Dies ist insofern wichtig, damit bei einer Füllung mit relativ temperaturunempfindlicher Wäsche sowohl der Energieverbrauch der Vakuumpumpe (5) begrenzt, als auch die notwendige Verdampfungsenthalpie nicht unnötigerweise erhöht wird. Zur Überwachung der Kondensatortemperatur der Wärmepumpe (6) befindet sich bevorzugt auf der Oberfläche des Kondensators (7) ein Temperaturaufnehmer (8), während der Druck mit Hilfe eines Druckaufnehmers (9) erfaßt wird.

Zu Beginn des eigentlichen Trocknungsvorganges arbeiten sowohl die Vakuumpumpe (5) als auch die Wärmepumpe (6). Außerdem bewegt ein kleiner Motor (10) den Vakuumbehälter ständig hin und her. Bereits nach kurzer Zeit ist der eingestellte Unterdruck erreicht; die Vakuumpumpe (5) kann abgestellt werden. In dieser Anfangsphase stammt die zum Erwärmen des Guts durch den Kondensator (7) zugeführte Energie hauptsächlich aus dem zweiten Wärmepumpenverdampfer (11), der somit die Wärme der Umgebung (also auch die Abwärme der Antriebsmotoren) nutzt. Bei Erreichen der Verdampfungstemperatur beginnt der Siedevorgang. Der Wasserdampf entweicht aus der Wäsche und kondensiert sofort an dem Verdampfer (13) aus. Dadurch bleibt der Unterdruck erhalten. Das Kondensat läuft an den Wänden dieses Raumes herunter und bildet allmählich eine Wasseransammlung.

Damit bei fortschreitender Trocknung die Grenztemperatur nicht überschritten wird, sorgt dann bevorzugt eine Regelung (4) zur Abschaltung der Wärmepumpe.

Um trotz abgeschalteter Wärmepumpe die Kondensation des Wasserdampfes aufrecht zu erhalten, befindet sich um den Verdampfer (13) der Wärmepumpe ein Kältespeicher (14) mit großer Wärmekapazität, der eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur des Wasserdampfes besitzt.

Steigt auf Grund von Leckströmen der Druck im Behälter merklich an, kann jederzeit das vorgesehene Vakuum mit Hilfe der Vakuumpumpe (5) wieder hergestellt werden.

Nach Beendigung der Trocknung befindet sich also das gesamte auskondensierte Wasser im Nebenraum (12). Es wird nun ein Vakuumventil (15) geöffnet und der Druck im Behälter gleicht sich dem Umgebungsdruck an. Nun kann sowohl die Behältertür (3) geöffnet werden, als auch mittels einer kleinen Pumpe (16) das Kondensat abgepumpt werden.

Sollte die Kondensatpumpe (16) oder die Vakuumpumpe (5) im abgeschalteten Zustand nicht leckfrei sein, werden zusätzliche Magnetventile (17, 18) eingebaut.

Ein Vorteil der vorgestellten Anlage besteht darin, daß bei sinkender Temperaturdifferenz (also bei kleinerer Kondensatortemperatur) die Leistungsziffer der Wärmepumpe steigt. Daraus läßt sich folgern, daß der durch die aufgepräge Oberflächentemperatur des Verdampfers der Wärmepumpe bestimmte Wärmestrom bei tiefen Temperaturen fast ausschließlich der "Umgebung" entnommen wird.

Außerdem entweicht durch die Isolierung des Vakuumbehälters nur ein sehr geringer Verlustwärmestrom.

Besonders erfreulich sieht daher auch der Energieverbrauch in dem erfindungsgemäßen Verfahren aus: Die relativ kleine Vakuumpumpe läuft nur zu Beginn der Trocknung (für 5 bis 10 Minuten). Die während der Trocknung arbeitende Wärmepumpe besitzt einen ähnlichen Stromverbrauch wie ein herkömmlicher Kühlschrank, da die wesentlichen Bestandteile der Wärmepumpe baugleich ausgeführt werden. Ferner sei noch erwähnt, daß aufgrund der geringen Drehgeschwindigkeit des Behälters ein Motor kleiner Leistung ausreicht.

Im Vergleich mit den heute verwendeten Wäschetrocknern ergeben sich mit dieser Erfindung eine beachtliche Energieeinsparung, die außerdem dank des Verdampfungsprinzips wesentlich rascher die Wäsche trocknet.

Es sei darauf hingewiesen, das die in den Zeichnungen dargestellte gerätetechnische Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber der oben beschriebenen und in den Zeichnungen schematisch dargestellte Weise auch abgewandelt werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (16)

1. Verfahren zum Trocknen von Textilgut durch Verdampfung der im Gut enthaltenen Flüssigkeit (Wasser) im Vakuum, wobei in einem evakuierbaren Behälter mit Hilfe einer Vakuumpumpe ein Unterdruck kleiner als der zugehörige Sättigungsdruck erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die erforderliche Erwärmungs- und Verdampfungsenthalpie dem Textilgut durch direkten Kontakt (Wärmeleitung) des Gutes mit einem Kondensator einer Wärmepumpe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erzeugte Unterdruck kleiner als der zugehörige Sättigungsdruck bei jeweils vorgegebener höchstzulässiger Guttemperatur ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation des durch die Trocknung des Textilgutes sich bildenden Wasserdampfes unter Vakuum innerhalb des Vakuumbehälters erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation des Wasserdampfes außerhalb des Vakuumbehälters erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation des Wasserdampfes und eine evtl. Abkühlung des Kondensates mit Hilfe des Verdampfers einer Wärmepumpe (Energierückgewinnung) erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer kurzen Trocknungszeit die Abwärme der (des) Antriebsmotoren(es) und/ oder die Umgebungswärme mit Hilfe der Wärmepumpe genutzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur des Kondensators einer Wärmepumpe unter Beachtung der höchstzulässigen Guttemperatur durch entsprechenden intermittierenden Betrieb der Wärmepumpe geregelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Oberflächentemperatur des Kondensators einer Wärmepumpe der Verdampfungsdruck des Kältemittels der Wärmepumpe variiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung der Kondensation des Wasserdampfes bei zeitweilig abgeschalteter Wärmepumpe ein Kältespeicher (mit hoher Wärmekapazität) verwendet wird, der eine Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur des Wasserdampfes besitzt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach Erreichen des jeweiligen Verdampfungsdruckes die Vakuumpumpe wahlweise abgeschaltet werden kann.

11. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator der Wärmepumpe und eine zweckmäßigerweise vorhandene äußere Isolation Bestandteil des Vakuumbehälters ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 mit drehbar angordnetem Vakuumbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter Vorrichtungen zur besseren Durchmischung des Gutes enthält.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsbereich des Behälters zur Lösung etwaiger Dichtigkeitsprobleme eingeschränkt wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturaufnehmer zur Erfassung und Überwachung der zulässigen Guttemperatur in die Oberfläche des Kondensators der Wärmepumpe eingearbeitet werden.

15. Zusammenstellung und Auswahl der Vorrichtungen nach einer der vorhergenannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß die üblichen Abmessungen und Geräuschemmissionen nicht überschritten werden.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Verdampfers der Wärmepumpe Bestandteil des Vakuumbehälters ist.