DE4340065A1 - Verfahren zum Regenerieren eines hygroskopischen Materials in einem Wäschetrockner - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Regenerieren eines hygroskopischen Materials in einem Wäschetrockner, das innerhalb eines Behälters in einem Kanalabschnitt eines ge­ schlossenen Prozeßluft-Kreislaufes angeordnet ist, dessen Kanalabschnitt zum Regenerieren des hygroskopischen Materi­ als in einen offenen Regenerations-Kreislauf geschaltet wird, der eine Heizeinrichtung enthält.

Ein solches Verfahren wird in einer Wäschebehandlungsmaschi­ ne gemäß der deutschen Offenlegungsschrift 36 26 887 durch­ geführt. Darin ist allerdings vorgesehen, den Prozeßluft- Kreislauf und den Regenerations-Kreislauf während des Trock­ nungsprozesses der Wäsche abwechselnd wirksam zu schalten. Für den Prozeßluft-Kreislauf ist auch die Erwärmung der Trocknungsluft durch eine elektrische Heizeinrichtung vorge­ sehen. Eine weitere elektrische Heizeinrichtung ist für den Regenerations-Kreislauf vorgesehen, um die inzwischen im hy­ groskopischen Material gespeicherte Feuchtigkeit innerhalb kürzester Zeit wieder auszutreiben, damit das Material wie­ der für den weiteren anschließenden Trocknungsabschnitt so­ fort zur Verfügung steht. Damit der Trocknungsprozeß auch unter Wahrung der langsam ablaufenden Vorgänge bei der Was­ seraufnahme und Wasserabgabe durch das hygroskopische Mate­ rial noch in vertretbar kurzen Grenzen ablaufen kann, ist die Unterstützung der beiden Prozesse "Trocknen" und "Rege­ nerieren" durch Heizeinrichtungen unerläßlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Verwendung von hygroskopischem Material den Trocknungsprozeß und den Regenerationsprozeß so zu ordnen, daß insgesamt eine nen­ nenswerte Energieersparnis gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden kann.

Bei einem eingangs genannten Verfahren kann diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß der Programmab­ schnitt für die Regeneration im Anschluß an den Programmab­ schnitt für die Trocknung der Wäsche stattfindet. Es hat sich gezeigt, daß entweder die Dauer des gesamten Trock­ nungsprozesses für die Bedienungsperson eines Wäschetrock­ ners viel zu lang wird oder für den Trocknungs- und Regene­ rations-Vorgang insgesamt zuviel Wärmeenergie aufgewendet werden muß, wenn die Trocknungs- und Regenerations-Abschnit­ te ineinander verschachtelt sind. In diesem Sinne günstiger ist der durchlaufende Trocknungsprozeß unter Einsatz von hy­ groskopischem Material, das bei Aufnahme von Wasser Absorb­ tionswärme abgibt, die dem Trocknungsprozeß zum Austreiben der Feuchtigkeit aus der Wäsche zugeführt werden kann. Des­ halb kann während des Trocknungsvorganges auf die Erwärmung der Prozeßluft überhaupt verzichtet werden. Insgesamt ergibt sich dadurch eine bessere Voraussetzung für die Möglichkeit zum Energiesparen bei Wäschetrocknern.

Als besonders vorteilhaft hat sich hygroskopisches Material erwiesen, das eine Eintrittstemperatur zur Regeneration von 40°C bis 70°C für die Dauer von über 50% der Regenerations­ zeit aufweist. Dabei bedeutet die Eintrittstemperatur dieje­ nige Temperatur der dem hygroskopischen Material zugeleite­ ten Regenerationsluft, die zur Entfeuchtung erforderlich ist. Die Regenerationszeit ist die bis zur Wiederherstellung des Ursprungszustands des hygroskopischen Materials erfor­ derliche Zeit. Solches Material ist bestens dazu geeignet, aus der Prozeßluft mitgetragene Feuchtigkeit schnellstens und in erheblichen Mengen zu binden und gibt dabei noch Wär­ meenergie in nutzbarem Umfang ab.

In besonders vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weitergebildet, daß die Luftströmung und die Wärmeleistung der Heizeinrichtung in einem ersten Rege­ nerationsabschnitt, der durch einen relativ hohen Wasserge­ halt im hygroskopischen Material gekennzeichnet ist, so be­ messen ist, daß die Temperatur der Regenerationsluft vor Eintritt in den Behälter zwischen 40°C und 70°C und die Tem­ peratur nach dem Austritt aus dem Behälter nicht mehr als 5°C über der Umgebungstemperatur mißt. Bei dieser Bemessung der Heizeinrichtung hat sich ergeben, daß mit geringstmögli­ chem Energieaufwand sich eine bedeutende Regeneration des hygroskopischen Materials in einer annehmbaren Zeit reali­ sieren läßt, so daß das hygroskopische Material am Ende der Regeneration wieder zum Gebrauch während des Trocknungsvor­ ganges der Wäsche zur Verfügung steht.

Zur Rückführung des hygroskopischen Materials in den Ur­ sprungszustand, bei der die Restfeuchtigkeit in dem hygro­ skopischen Material gegen null Prozent geht, läßt sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens dadurch erzielen, daß die Wärmeleistung der Heizeinrichtung in einem Regenerations-Endabschnitt, der durch eine erheblich ansteigende Wärmeaufnahme des hygrosko­ pischen Material gekennzeichnet ist, so bemessen ist, daß die Temperatur vor dem Eintritt in den Behälter von 40°C bis 70°C allmählich auf nicht mehr 140°C gesteigert wird.

Ein wesentlicher Entwicklungssprung im Sinne der Energie­ einsparung ergibt sich durch einen erfindungsgemäßen Wäsche­ trockner zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfin­ dung, bei dem die die Wärmemenge zuführende Heizeinrichtung eine Wärmepumpe mit kleiner Aufnahmeleistung enthält. Kleine Aufnahmeleistung bedeutet hier ca. 150W bis ca. 250W. Das sind Wärmepumpen, wie sie in normalen Haushalt-Kühl- oder -Gefrierschränken zur Anwendung kommen. Eine solche Wärme­ pumpe kann in dem ersten Regenerationsabschnitt mit Vorteil verwendet werden. Eine solche Wärmepumpe würde hierfür näm­ lich im effektiven Betrieb laufen und dabei zwei- bis zwei­ einhalbmal soviel Wärme abgeben wie ein elektrischer Heiz­ körper mit gleicher Aufnahmeleistung.

Wenn gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Wäschetrockners eine im Regenerations-Endabschnitt wirk­ sam geschaltete elektrische Heizung vorgesehen ist, kann das hygroskopische Material nach der Wärmebehandlung im ersten Regenerationsabschnitt noch auf eine Restfeuchtigkeit von unter 5% gebracht werden. Der Gesamtaufwand an Energie für das Trocknen der Wäsche und das Regenerieren des hygroskopi­ schen Materials würde dann etwa 1kWh pro Wäschebehandlungs- Prozeß geringer sein können als bei herkömmlichen Wäsche­ trocknern. Dies würde einen Einsparungseffekt von ungefähr 35% bedeuten.

Es empfiehlt sich, den Behälter für das hygroskopische Mate­ rial gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungs­ gemäßen Wäschetrockners am Ende des Regenerations-Endab­ schnittes luftdicht verschließbar auszubilden. Andernfalls kann bei längeren Benutzungspausen des Behälters das hygro­ skopische Material aus der sonst frei zugänglichen Luft Feuchtigkeit aufnehmen und damit für den nächsten Wäsche­ trocknungsprozeß zu wenig Wasseraufnahmekapazität bereithal­ ten.

Dazu kann vorteilhafterweise an der Eintritts- und der Aus­ trittsöffnung des Behälters je eine Klappe angeordnet sein, die während der Dauer des gesamten Trocknungs- und Regenera­ tions-Prozesses in Offenstellung und nach Beendigung des Re­ generations-Prozesses in Geschlossenstellung steuerbar ist.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels sind das erfindungsgemäße Verfahren und ein danach ausgebildeter Wäschetrockner nachstehend erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der Luftführung zu einem Behälter mit eingeschalteter Wärmepumpe und Zusatzheizung und

Fig. 2 ein Diagramm der Eintrittstemperatur und der Aus­ trittstemperatur am Behälter im Verlaufe des Rege­ nerations-Prozesses.

Die in Fig. 1 dargestellte Wäschetrommel 1 ist horizontal drehbar gelagert. In ihr können eingebrachte Wäschestücke umherfallen, während aus dem Zuluftkanal 2 ruft in die Wä­ schetrommel eintritt, durch sie hindurchströmt und durch den Abluftkanal 3 wieder entweicht. Anders als in konventio­ nellen Wäschetrocknern enthält der Zuluftkanal 2 keine elektrische Heizung. Lediglich zur Bewegung der Luft durch die Kanäle und die Wäschetrommel ist ein im Zuluftkanal 2 nicht näher dargestelltes Gebläse vorgesehen, dessen An­ triebsmotor-Verlustwärme in die Zuluft übertragen werden sollte wie übrigens auch die Verlustwärme des Trommelan­ triebs-Motors.

An den Zuluftkanal 2 ist ein Speisekanal 4 und an den Ab­ luftkanal 3 ein Entsorgungskanal 5 angeschlossen, die beide während des Trocknungsprozesses, in dem die Klappen 6 und 7 in die gestrichelt dargestellte Lage gestellt sind, mit dem Behälter 8 für das hygroskopische Material 9 verbunden sind. Die aus der Trommel 1 austretende und über die Kanäle 3 und 5 dem Behälter 8 zugeführte feuchte Prozeßluft wird im hygroskopischen Material weitestgehend entfeuchtet. Bei diesem Entfeuchtungsprozeß gibt das hygroskopische Material Absorptionswärme ab, die zusammen mit den oben angegebenen Verlustwärme-Mengen über die Zuluft durch die Kanäle 2 und 4 in die Wäschetrommel und damit auf die Wäsche transpor­ tiert wird. Diese Wärme steigert die Verdampfung der in der Wäsche enthaltenen Feuchtigkeit, so daß die aus der Wäsche aus tretende Prozeßluft einen sich steigernden Anteil von Wäschefeuchtigkeit aufnehmen kann. Das hygroskopische Mate­ rial 9 hat bei relativ hoher Abgabe von Absorptionswärme eine hohe Wasseraufnahmekapazität. Dadurch dauert der Trocknungsprozeß ähnlich lange wie beim konventionellen Wä­ schetrockner, dessen Prozeßluft ausschließlich mit elektri­ scher Energie geheizt wird.

Im an den Trocknungsprozeß anschließenden Regenerationspro­ zeß sind die Austrittsöffnung 10 und die Eintrittsöffnung 11 des Behälters 8 durch die in der gezeichneten Stellung verharrenden Klappen 6 und 7 einerseits mit der Abluftöff­ nung 12 und andererseits mit der Zuluftöffnung 13 verbun­ den. In der Verbindungsleitung 15 zwischen der Eintritts­ öffnung 11 und der Zuluftöffnung 13 sind ein Gebläse 17, das von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird, ein Verflüssiger 19 einer Wärmepumpe 22 und eine elektrische Heizeinrichtung 21 angeordnet. Die kalte Seite der Wärmepumpe 22 liegt in einem Verbindungskanal 16 zwi­ schen der Austrittsöffnung 12 und einer weiteren Zuluftöff­ nung 14, deren Zuluftmittels eines Gebläses 18 durch die Verbindungsleitung 16 zum Abluftausgang 12 geführt wird. Dabei strömt sie an den Wärmetauscherflächen eines Verdamp­ fers 20 der Wärmepumpe 22 entlang, überträgt einen Teil ih­ rer Wärmemenge an den Verdampfer und gelangt über den Ab­ luftausgang 12 wieder in die Umluft. Die übertragene Wärme­ menge verdampft im Verdampfer 20 das Kühlmittel, das über den Verdichter 23 zum Verflüssiger 19 geleitet wird, der es über das Entspannungsventil 24 wieder an den Verdampfer 20 abgibt.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms wird die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei­ spiels erläutert. Nach Ablauf des Wäschetrocknungsprozesses stellt sich der in Fig. 1 gezeichnete Zustand (Klappen 6 und 7 nach oben) ein. Dann werden die Gebläse 17 und 18 so­ wie der Verdichter 23 eingeschaltet, wodurch der Wärmeüber­ tragungsprozeß aus der Umgebungsluft, die in die Zuluftöff­ nung 14 strömt und aus der Abluftöffnung 12 wieder an die Umgebung abgegeben wird, zur warmen Seite der Wärmepumpe 22, also in die durch die Zuluftöffnung 13 einströmende Um­ gebungsluft im Verbindungskanal 15, beginnt. Die im Ver­ flüssiger 19 erwärmte Umgebungsluft erreicht eine Tempera­ tur von etwa 50°C und tritt durch die Eintrittsöffnung 11 in den Behälter 8 und in das hygroskopische Material ein. Dabei wird die Wärme aus der Zuluft in das hygroskopische Material übertragen, das seinerseits dadurch die in ihm enthaltene Feuchtigkeit an die Abluft abgibt, die über die Austrittsöffnung 10 zur Abluftöffnung 12 gelangt. Gegen En­ de des ersten Regenerationsabschnittes, der bis zu vier Stunden dauern kann, erreicht die Restfeuchtigkeit des hy­ groskopischen Materials einen Wert von unter 15%, die zum Zeitpunkt der Beendigung des Trocknungsprozesses durchaus größenordnungsmäßig bei 50% gelegen haben kann. Um die Restfeuchtigkeit des hygroskopischen Materials nunmehr noch bis auf etwas unter 5% zu senken, ist die Zuführung von weiterer Wärmeenergie notwendig, die durch Zuschaltung ei­ ner elektrischen Heizeinrichtung 21 zum Zeitpunkt 4h erhöht werden muß. Dann kann die Temperatur der durch die Ein­ trittsöffnung 11 eintretenden Zuluft stark ansteigen. Diese erhöhte Wärmemenge desorbiert das hygroskopische Material schließlich bis auf etwas unter 5% Restfeuchtigkeit. In diesem Zustand kann das hygroskopische Material wieder einem neuen Trocknungsprozeß dienen. Dieser Zustand ist nach etwa 4,5 bis 5 Stunden Regeneration erreicht, wenn die Eintrittstemperatur etwa 100°C erreicht hat. Weitere De­ sorption bis auf nahezu 0% ist überflüssig und würde zudem zuviel an weiterer Heizenergie kosten (z. B. 1,3 kWh).

Die Abluft aus dem Behälter 8 ist feucht. Zwar verteilt sie sich über 4,5 bis 5 Stunden lang möglicherweise unschädlich in der Umgebung des Wäschetrockners. Wo dies nicht unschäd­ licherweise geschehen kann, kann die Feuchtigkeit entweder über einen Abluftschlauch ins Freie oder über einen zusätz­ lichen Kondensator geführt werden.

Nach Ende des Regenerations-Prozesses sollte das hygrosko­ pische Material gegen die Umgebungsluft abgeschlossen wer­ den um zu vermeiden, daß es aus der Umgebungsluft wieder Feuchtigkeit aufnimmt. Dazu können an der Eintrittsöffnung 11 und der Austrittsöffnung 10 angeordnete, dicht schlie­ ßende Klappen dienen, die hier nicht dargestellt sind.

Die Abfolge des Regenerationsprozesses kann durch Überwa­ chungselemente automatisch gesteuert werden. Solche Überwa­ chungselemente können beispielsweise Temperatursensoren na­ he der Eintrittsöffnung 11 und der Austrittsöffnung 10 sein, abgesehen von Temperatursensoren, die den Wärmepum­ penprozeß steuern und einem Übertemperatursensor zum Schutz der Heizeinrichtung 21. Desgleichen ist die Energiedichte in der Zuluft durch Leistungssteuerung des Gebläses 17 regelbar.

Claims (10)

1. Verfahren zum Regenerieren eines hygroskopischen Materi­ als in einem Wäschetrockner das innerhalb eines Behäl­ ters in einem Kanalabschnitt eines geschlossenen Prozeß­ luft-Kreislaufes angeordnet ist, dessen Kanalabschnitt zum Regenerieren des hygroskopischen Materials in einen offenen Regenerations-Kreislauf geschaltet wird, der eine Heizeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmabschnitt für die Regeneration im An­ schluß an den Programmabschnitt für die Trocknung der Wäsche stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftströmung und die Wärmeleistung der Heizeinrich­ tung (22) in einem ersten Regenerationsabschnitt (0 bis 4h, Fig. 2), der durch einen relativ hohen Wassergehalt im hygroskopischen Material gekennzeichnet ist, so be­ messen ist, daß die Temperatur (TE) der Regenerations­ luft vor Eintritt in den Behälter (8) zwischen 40°C und 70°C und die Temperatur nach dem Austritt aus dem Behäl­ ter (8) nicht mehr als 5°C über der Umgebungstemperatur mißt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleistung der Heizeinrichtung (21, 22) in einem Regenerations-Endabschnitt, der durch eine erheblich an­ steigende Wärmeaufnahme des hygroskopischen Materials gekennzeichnet ist, so bemessen ist, daß die Temperatur vor dem Eintritt in den Behälter (8) von 40°C bis 70°C allmählich auf nicht mehr als 140°C gesteigert wird.

4. Wäschetrockner zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Wärmemenge zu führende Heizeinrichtung eine Wär­ mepumpe (22) mit kleiner Aufnahmeleistung ( 150W 250W) enthält.

5. Wäschetrockner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmepumpe (22) im gesamten Regenerationsprozeß (0 bis 5h, Fig. 2) wirksam geschaltet ist.

6. Wäschetrockner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Regenerations-Endabschnitt (4 bis 5h, Fig. 2) zusätzlich wirksam schaltbare elektrische Heizung (21) vorgesehen ist.

7. Wäschetrockner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizung (21) gleichzeitig mit der Wärmepumpe (22) betreibbar ist.

8. Wäschetrockner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (8) für das hygroskopi­ sche Material (9) luftdicht verschließbar ausgebildet ist.

9. Wäschetrockner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintritts- und der Austrittsöffnung (11 und 10) des Behälters (8) je eine Klappe angeordnet ist, die während der Dauer des gesamten Trocknungs- und Regenera­ tions-Prozesses in Offenstellung und nach Beendigung des Regenerations-Prozesses in Geschlossenstellung steuer­ bar ist.

10. Wäschetrockner nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hygroskopische Material (9) eine Eintrittstemperatur zur Regeneration von 40°C bis 70°C für die Dauer von über 50% der Regenerationszeit auf­ weist.