WO2010076087A1 - Wärmegewinnungseinrichtung und verfahren zur wärmegewinnung - Google Patents

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WO2010076087A1
WO2010076087A1 PCT/EP2009/065651 EP2009065651W WO2010076087A1 WO 2010076087 A1 WO2010076087 A1 WO 2010076087A1 EP 2009065651 W EP2009065651 W EP 2009065651W WO 2010076087 A1 WO2010076087 A1 WO 2010076087A1
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Hans Eglmeier
Andreas Hanau
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BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
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    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L15/00—Washing or rinsing machines for crockery or tableware
    • A47L15/42—Details
    • A47L15/4291—Recovery arrangements, e.g. for the recovery of energy or water
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06F—LAUNDERING, DRYING, IRONING, PRESSING OR FOLDING TEXTILE ARTICLES
    • D06F39/00—Details of washing machines not specific to a single type of machines covered by groups D06F9/00 - D06F27/00 
    • D06F39/30—Arrangements for energy recovery
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B40/00—Technologies aiming at improving the efficiency of home appliances, e.g. induction cooking or efficient technologies for refrigerators, freezers or dish washers
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention is concerned with the optimization of the energy balance of domestic appliances, which at least in phases required for the respective work process heated water - hereinafter referred to as process water - to perform their operations or cycles, and relates to a heat recovery device and a method for heat recovery process water of a domestic appliance ,
  • German patent application DE 100 45 074 A1 describes a home appliance system with one or more domestic appliances and a latent heat storage in which stored heat energy is supplied via heat exchangers as useful energy to one or more household appliances.
  • the heat storage can be loaded with energy from a solar system, a geothermal system and also with thermal energy, which is recovered from the useful water or process water, for example, a dishwashing device again.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2004 023 126 A1 also discloses a washing machine with heat recovery, which uses waste heat of the wash liquor of a washing program or wash cycle for subsequent washing operations with the aid of at least one additional liquor container and a heat exchanger.
  • a washing machine with heat recovery which uses waste heat of the wash liquor of a washing program or wash cycle for subsequent washing operations with the aid of at least one additional liquor container and a heat exchanger.
  • fresh water in the additional tub by heat absorption preheated from the waste liquor, with a particularly positive energy balance can be achieved by using a heat pump, through which a higher temperature of the fresh water is achieved.
  • German Utility Model DE 94 18 656 U1 discloses a heat energy store for process water, which comprises a long-term latent heat store. This contains storage elements that are filled with a salt hydrate storage medium. Due to the occurring at a certain temperature phase change of the storage medium, the temperature of the latent heat storage can be kept stable for a long time with high heat capacity.
  • German published patent application DE 44 03 737 A1 finally describes a washing machine or dishwasher with a heat exchanger with a cavity in which a medium for the latent storage of heat energy is located.
  • the heat exchanger is in thermal contact with the primary and secondary circuits in such a way that a maximum possible heat energy exchange can take place without mixing of all participating media.
  • object of the present invention to provide a heat recovery device with at least one heat energy storage and a process for heat recovery for process water of a domestic appliance, which allows relatively long-term energy storage and comparatively little effort and provides a short amount of heat energy for the process water when needed.
  • the heat recovery device comprises a fluid that passes through a controllable - ie, for example, by means of a valve to open or close - connecting line to a heat storage.
  • a controllable - ie for example, by means of a valve to open or close - connecting line to a heat storage.
  • Located in the heat storage a heat-storing medium that gives off heat stored upon sorption of the fluid.
  • sorption includes both adsorption, which refers to absorption of the fluid, in particular on internal surfaces of a medium, and absorption, which is usually referred to in connection with the attachment of the fluid to external surfaces of a medium.
  • the heat emitted by the heat-storing medium heat is used according to the invention for heating the process water.
  • the heat storage is thermally connected via a heat transfer mechanism - for example by direct heat-conducting contact, an indirect heat conductor or a so-called "heat pipe", also called heat pipe - with the target medium, ie the process water (for example, a wash liquor), the heat supply.
  • a reversion device which is the heat-storing medium, e.g. under heat supply or evacuation, the absorbed fluid at least partially withdrawn.
  • An essential advantage of the invention is thus that it is possible to fall back on a heat energy reservoir in the environment or within the respective domestic appliance. This eliminates an extremely complex in practical implementation connection of the domestic appliance in for example home heat pumps usual reservoirs, such as soil or water.
  • the heat supply process can be arbitrarily by prohibiting the fluid supply to the heat storage, so e.g. by closing the connection line, interrupted or terminated.
  • a further significant advantage of the invention is that thermal energy can be retrieved or made available with temporary interruptions until the thermal exhaustion of one of the two reservoirs.
  • heat-storing media are basically different substances suitable that give off heat when receiving a fluid, such as activated carbons or porous oxides or silica gels.
  • the heat-storing medium comprises zeolites.
  • zeolites a particularly high absorption capacity of liquid or vaporous water is given because the inner surface of the zeolites is particularly large at 100 to 1000 m 2 / g.
  • zeolites have crystallographically defined pores and are thus particularly suitable for the purposes mentioned.
  • the fluid is water, which acts on the heat-storing medium in the vapor state.
  • the water can pass under heat absorption in the vapor state, so that cools this located on the cold side water reservoir and thus provides a portion of the heat energy to be recovered.
  • the water can be process water of the domestic appliance.
  • the heat recovery device can be implemented particularly simply with, in principle, only one defined heat reservoir on the hot side.
  • the fluid may be provided, for example, by the residual moisture of the laundry in a washing machine or the residual water on surfaces of dishes in a dishwasher.
  • a reservoir for the fluid and the heat storage elements of an outwardly gas-tight closed system provides that a reservoir for the fluid and the heat storage elements of an outwardly gas-tight closed system.
  • two heat reservoirs are provided, namely on the cold side preferably a water supply (fluid), which makes a first heat delivery contribution by cooling or freezing.
  • a second heat reservoir is provided, namely preferably a zeolite bed provided with a heat storage in which, as described above, particularly preferably by adsorption of water, a heat release takes place.
  • the two heat reservoirs can, if necessary, be interconnected via said controllable connection line and a valve located therein, otherwise be separated from each other gas-tight.
  • the two reservoirs are connected to each other, so that an access of vaporous water (fluid) to the zeolites allows and by adsorption of the water vapor, the desired heat release is initiated.
  • the released heat of adsorption can be transferred via direct contact or a heat conductor to the destination.
  • the process water can be conveyed through a heat exchanger passing through the heat exchanger device or a pipe coil.
  • a first, for example, water-containing heat reservoir is provided, this reservoir is usually regenerated in practical application from waste heat of the environment of the domestic appliance. This can be supported if necessary by additional measures, such as an additional heater or additional heat exchanger.
  • the regeneration takes place with the reversion device, which advantageously comprises a pump, which is connected on the suction side with the heat accumulator.
  • the fluid for example in the form of water vapor
  • the heat accumulator For example, the fluid (for example in the form of water vapor) is sucked out of the heat reservoir for regeneration of the heat-storing medium.
  • the regeneration process can be accelerated and supported according to an advantageous embodiment of the invention, characterized in that the reversing device comprises a arranged in the heat accumulator and thus acting on the heat-storing medium heating device.
  • the heated and extracted water vapor in the first heat reservoir (water reservoir on the cold side) condense and thus return at least a portion of the previously discharged from this reservoir heat to this.
  • the fluid which has been withdrawn from the heat-storing medium can also be released to the environment.
  • the heating device arranged in the heat storage also serve to supplement the heating of the process water, for example if the heat storage capacity should not be sufficient given a very high utilization rate of the domestic appliance.
  • the heat recovery device thus operates as a heat pump, which is preferably dimensioned in contrast to conventional heat pumps so that a heat pump cycle and thus a storage cycle in its duration corresponds to at least one working cycle of the domestic appliance.
  • the invention also includes a method of heat recovery for process water of a domestic appliance in which a fluid is supplied, as needed, to a heat storage medium in which heat stored by sorption of the fluid from the heat storage medium is released, at which heat is supplied to the process water the heat-storing medium, the absorbed fluid is at least partially withdrawn again.
  • a heat recovery device according to the invention - without limiting the scope on it - in a domestic appliance, namely shown in a washing machine, with only the necessary for understanding, essential components of the washing machine are shown.
  • Washing liquor 4 in the container is in the sense of the application process water 5, which is heated by means of the heat recovery device.
  • the heat recovery device comprises a fluid, namely water 9 contained in a container 8.
  • the container 8 forms a water reservoir or a first heat reservoir 10 on the so-called cold side.
  • a fleece 12 may be arranged, which is impregnated by the water 9 and promotes the evaporation of water.
  • the container 8 is via a controllable connection line 14 with a heat storage 16 n flow connection, which forms a second heat reservoir 17 (on the so-called warm side).
  • This connection is controlled - ie open or connected - by an electrically operated valve 18th
  • the heat accumulator 16 comprises a storage container 20 which is filled with a zeolite bed 21. This forms in this embodiment, a heat-storing medium 22. From the container 20 exits a compound formed for example by a connecting pipe 24 to the suction-side connection 25 of a pump 26. On the pressure side, a connection 28 leads from the pump 26 back to the interior of the container 8.
  • the heat storage 16 is penetrated by a heat exchanger 30, which may be embodied for example as a coil.
  • the heat exchanger is acted on the input side by a further pump 33, the process water 5 pumped out of the tub 2, pumped to heat through the heat exchanger 30 and finally promotes back via a connecting line 35 into the tub 2.
  • an electric heater 40 is provided in the heat accumulator 16.
  • the two containers 8, 20 are connected to each other or connectable by control of the valve 18, but otherwise sealed against the outside environment gas-tight and so elements of a closed system 42nd
  • a control to gain heat, a control, not shown in detail, opens the valve 18.
  • water 9 enters as evaporating via the nonwoven 12 water via the line 14 into the container 20 of the heat accumulator 16 a.
  • the zeolites which until then had been kept dry, adsorbed this water vapor and thereby give off a comparatively large amount of heat of adsorption.
  • the pump 33 conveys the process water 5 via the heat exchanger 30, so that the heat released brings the process water to the desired temperature, which returns to the tub 2 by the pressure of the pump 33 via the line 35.
  • the first heat reservoir 10 cools down and thus supplies a part of the heat energy to be delivered. If the desired amount of heat energy has been provided or the process water has been heated to the desired temperature closes the valve 18.
  • the valve 18, if necessary, reopened and thus the heat recovery by means of the heat recovery device of the invention are continued until finally one of the two heat reservoirs is exhausted ,
  • the heat reservoir 10 can be thermally regenerated via waste heat from the environment of the heat recovery device.
  • the pump 26 is started when the valve 18 is closed and so sucks steam from the container 20 from. By compression, this is supplied to the container 8 and thus the first heat reservoir 10 while releasing heat.
  • Supporting the electric heater 40 is activated, so that the heat-storing medium regenerates by absorbing heat while the absorbed fluid (water vapor) at least partially returns.
  • the pump 26 and the heater are possible elements of a regeneration device 41 which actively regenerate the zeolite bed 21.
  • the heating can contribute to the heating of the process water even to its warming, if the thermal energy provided by the heat accumulator 16 should not be sufficient.
  • a quasi-functioning as a heat pump device is specified, which can provide a large amount of heat within a short time at comparatively little effort and low space required, if necessary.
  • the use of zeolites allows a particularly long-term storage of heat energy with relatively little process technical effort, because only the pressure and the humidity are to be kept constant here essentially.
  • the invention also allows, as described, the removal of subsets of the stored heat energy.
  • the heat recovery device according to the invention can contribute largely independently of the current energy supply to optimize the operation of the domestic appliance, for example by process-critical heating times can be significantly shortened without about the electrical connection value must be increased.
  • the Heat storage 16 an optimized choice of the charging time eg by means of inexpensive, but time-dependent forms of energy such as night stream or solar power.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wärmegewinnungseinrichtung mit mindestens einem Wärmeenergiespeicher und ein Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts, die bzw. das bei vergleichsweise geringem Aufwand eine langfristige Energiespeicherung ermöglicht und bei Bedarf kurzfristig eine große Wärmeenergiemenge für das Prozesswasser bereitstellt. Dazu ist vorgesehne, dass über eine steuerbare Verbindungsleitung (14), bedarfsweise ein Fluid (9) zu einem Wärmespeicher (16) gelangt, wobei ein in dem Wärmespeicher (16) befindliches wärmespeicherndes Medium (22), bei Sorption des Fluids (9) gespeicherte Wärme abgibt, wobei die abgegebene Wärme das Prozesswasser (5) erwärmt, und wobei eine Reversionseinrichtung (41) dem wärmespeichernden Medium (22) das aufgenommene Fluid (9) zumindest teilweise wieder entzieht. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts (1) sieht vor, dass ein Fluid (9) bedarfsweise einem wärmespeichernden Medium (22) zugeführt wird, durch Sorption des Fluids (9) von dem wärmespeichernden Medium (22) gespeicherte Wärme abgegeben wird, die abgegebene Wärme dem Prozesswasser (5) zugeführt wird und dem wärmespeichernde Medium (22) das aufgenommene Fluid (9) zumindest teilweise wieder entzogen wird.

Description

Wärmegewinnungseinrichtung und Verfahren zur
Wärmegewinnung
Die Erfindung befasst sich mit der Optimierung der Energiebilanz von Hausgeräten, die zur Ausführung ihrer Arbeitsgänge oder Arbeitszyklen zumindest phasenweise für den jeweiligen Arbeitsprozess notwendiges erwärmtes Wasser - nachfolgend auch als Prozesswasser bezeichnet - benötigen, und betrifft eine Wärmegewinnungseinrichtung und ein Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts.
In Haushalten haben vor allem Waschmaschinen, Waschtrockner und Geschirrspüler einen erheblichen Energiebedarf. Bei diesen Geräten entfällt ein erheblicher Anteil des Energiebedarfs auf die Erwärmung des Prozesswassers, während die sonstigen Komponenten dieser Geräte, wie beispielsweise Antriebsmotoren und Anzeigen vom Energiebedarf her eine untergeordnete Rolle spielen.
Vor diesem Hintergrund sind bereits verschiedene Ansätze bekannt geworden, um die Energiebilanz derartiger Hausgeräte dadurch zu verbessern, dass Abwärme der Geräte bzw. die Wärme insbesondere des Prozesswassers für nachfolgende Arbeitsprozesse des Hausgerätes zuvor zurück gewonnen oder wieder gewonnen wird. Daneben sind Ansätze bekannt, mittels Wärmepumpen aus der Umgebung der Hausgeräte Wärme zu gewinnen.
So beschreibt die Deutsche Offenlegungsschrift DE 100 45 074 A1 ein Hausgerätesystem mit einem oder mehreren Hausgeräten und einem Latentwärmespeicher, in dem gespeicherte Wärmeenergie über Wärmetauscher als Nutzenergie einem oder mehreren Hausgeräten zugeführt wird. Der Wärmespeicher kann dabei mit Energie aus einer Solaranlage, einer Erdwärmeanlage und ebenso mit Wärmeenergie beladen werden, die aus dem Nutzwasser bzw. Prozesswasser beispielsweise einer Geschirrspülvorrichtung wieder gewonnen ist.
Auch die Deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2004 023 126 A1 offenbart eine Waschmaschine mit Wärmerückgewinnung, die mit Hilfe wenigstens eines zusätzlichen Laugenbehälters und eines Wärmetauschers Abwärme der Waschlauge eines Waschprogramms bzw. Waschganges für folgende Waschgänge wieder verwendet. Hierbei wird Frischwasser in dem zusätzlichen Laugenbehälter durch Wärmeaufnahme aus der Abwasserlauge vorgewärmt, wobei eine besonders positive Energiebilanz durch Einsatz einer Wärmepumpe erreicht werden kann, durch die eine höhere Temperatur des Frischwassers erzielt wird.
Aus dem Deutschen Gebrauchsmuster DE 94 18 656 U1 ist ein Wärmeenergiespeicher für Brauchwasser bekannt, der einen Langzeit-Latentwärmespeicher umfasst. Dieser enthält Speicherelemente, die mit einem Salzhydrat als Speichermedium gefüllt sind. Aufgrund der bei eine bestimmten Temperatur eintretenden Phasenänderung des Speichermediums kann die Temperatur des Latentwärmespeichers bei großer Wärmekapazität über lange Zeit stabil gehalten werden.
Die Deutsche Offenlegungsschrift DE 44 03 737 A1 beschreibt schließlich eine Wasch- oder Geschirrspülmaschine mit einem Wärmetauscher mit einem Hohlraum, in dem sich ein Medium zum latenten Speichern von Wärmeenergie befindet. Der Wärmetauscher steht mit den Primär- und Sekundärkreisen derart in Wärmekontakt, dass ohne Vermischung aller teilnehmenden Medien ein maximal möglicher Wärmeenergie- Austausch stattfinden kann.
Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmegewinnungseinrichtung mit mindestens einem Wärmeenergiespeicher und ein Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts anzugeben, die bzw. das bei vergleichsweise geringem Aufwand eine langfristige Energiespeicherung ermöglicht und bei Bedarf kurzfristig eine große Wärmeenergiemenge für das Prozesswasser bereitstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Wärmegewinnungseinrichtung und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen der Wärmegewinnungseinrichtung und des Verfahrens sind Gegenstände entsprechender abhängiger Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei bevorzugten Weiterbildungen der Wärmegewinnungseinrichtung bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens entsprechen und umgekehrt, und dies auch dann, wenn darauf hierin nicht explizit hingewiesen ist.
Demgemäß umfasst die Wärmegewinnungseinrichtung ein Fluid, das über eine steuerbare - d.h. beispielsweise mittels eines Ventils zu öffnende bzw. zu schließende - Verbindungsleitung zu einem Wärmespeicher gelangt. In dem Wärmespeicher befindet sich ein wärmespeicherndes Medium, dass bei Sorption des Fluids gespeicherte Wärme abgibt. Von dem Begriff der Sorption ist sowohl eine Adsorption, die eine Aufnahme des Fluids insbesondere auf inneren Oberflächen eines Mediums bezeichnet, als auch eine Absorption umfasst, von der üblicherweise im Zusammenhang mit der Anlagerung des Fluids auf äußeren Oberflächen eines Mediums gesprochen wird.
Die von dem wärmespeichernden Medium abgegebene Wärme wird erfindungsgemäß zum Aufheizen des Prozesswassers genutzt. Dazu ist der Wärmespeicher thermisch über einen Wärmeübertragungsmechanismus - beispielsweise durch direkten wärmeleitenden Kontakt, einen mittelbaren Wärmeleiter oder eine sogenannte „Heatpipe", auch Wärmerohr genannt - mit dem Zielmedium, also dem Prozesswasser (beispielsweise einer Waschlauge), der Wärmelieferung verbunden.
Um eine mehrmalige Nutzung dieser Wärmegewinnungseinrichtung in vergleichsweise kurzen Zeitabständen sicherzustellen, ist eine Reversionseinrichtung vorgesehen, die dem wärmespeichernden Medium z.B. unter Wärmezuführung oder Evakuierung das aufgenommene Fluid zumindest teilweise wieder entzieht.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht damit darin, dass auf ein Wärmeenergiereservoir in der Umgebung oder innerhalb des jeweiligen Hausgeräts zurückgegriffen werden kann. Damit entfällt ein in der praktischen Realisierung außerordentlich aufwändiger Anschluss des Hausgeräts an bei beispielsweise Hauswärmepumpen übliche Reservoirs, wie Erdreich oder Gewässer.
Der Wärmebereitstellungsvorgang kann beliebig durch Unterbinden der Fluidzufuhr zum Wärmespeicher, also z.B. durch Schließen der Verbindungsleitung, unterbrochen oder beendet werden.
Damit besteht ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, dass bis zur thermischen Erschöpfung eines der beiden Reservoirs Wärmeenergie auch mit zeitweisen Unterbrechungen abgerufen bzw. zur Verfügung gestellt werden kann.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der Zeichnung bzw. deren jeweiliger Beschreibung. Als wärmespeichernde Medien sind grundsätzlich verschiedene Stoffe geeignet, die bei Aufnahme eines Fluids Wärme abgeben, wie beispielsweise auch Aktivkohlen oder poröse Oxyde oder Silicagele.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das wärmespeichernde Medium Zeolithe umfasst. Bei Zeolithen ist eine besonders hohe Aufnahmefähigkeit von flüssigem bzw. dampfförmigen Wasser deshalb gegeben, weil die innere Oberfläche der Zeolithe mit 100 bis zu 1.000 m2/g besonders groß ist. Zeolithe verfügen im Gegensatz zu beispielsweise porösen Oxyden über kristallografisch definierte Poren und sind so für die genannten Zwecke besonders geeignet.
Nach einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung ist das Fluid Wasser, das das wärmespeichernde Medium in dampfförmigem Zustand beaufschlagt. Das Wasser kann dabei unter Wärmeaufnahme in den dampfförmigen Zustand übergehen, so dass sich dieses auf der Kaltseite befindliche Wasserreservoir abkühlt und so einen Teil der zu gewinnenden Wärmeenergie bereitstellt.
Besonders bevorzugt kann das Wasser Prozesswasser des Hausgeräts sein.
Sofern als Fluid Prozesswasser des Hausgeräts verwendet wird, lässt sich die erfindungsgemäße Wärmegewinnungseinrichtung besonders einfach mit im Prinzip nur einem definierten Wärmereservoir auf der Warmseite realisieren. Das Fluid kann beispielsweise von der Restfeuchte der Wäsche bei einer Waschmaschine oder dem Restwasser auf Oberflächen von Geschirr bei einer Geschirrspülmaschine bereitgestellt sein.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Vorratsbehälter für das Fluid und der Wärmespeicher Elemente eines nach außen gasdicht geschlossenen Systems sind. Bei dieser Ausgestaltung sind also zwei Wärmereservoirs vorgesehen, nämlich auf der Kaltseite bevorzugt ein Wasservorrat (Fluid), der durch Abkühlen bzw. Gefrieren einen ersten Wärmelieferungsbeitrag leistet. Auf der Warmseite ist ein zweites Wärmereservoir vorgesehen, nämlich bevorzugt ein mit einer Zeolith-Schüttung versehener Wärmespeicher, in dem wie zuvor beschrieben besonders bevorzugt durch Adsorption von Wasser eine Wärmeabgabe erfolgt. Die beiden Wärmereservoirs können über die genannte steuerbare Verbindungsleitung und ein darin befindliches Ventil bedarfsweise miteinander verbunden, ansonsten gasdicht voneinander getrennt sein. Zum Zeitpunkt der gewünschten Wärmebereitstellung sind die beiden Reservoirs miteinander verbunden, so dass ein Zutritt von dampfförmigem Wasser (Fluid) zu den Zeolithen ermöglicht und durch Adsorption des Wasserdampfes die gewünschte Wärmeabgabe initiiert ist. Die dabei freiwerdende Adsorptionswärme kann über direkten Kontakt oder einen Wärmeleiter an den Zielort übertragen werden. Beispielsweise kann das Prozesswasser durch eine den Wärmespeicher durchziehende Wärmetauschereinrichtung oder eine Rohrschlange gefördert sein.
Sofern ein erstes, beispielsweise Wasser enthaltendes Wärmereservoir vorgesehen ist, regeneriert sich dieses Reservoir in der praktischen Anwendung üblicherweise aus Abwärme der Umgebung des Hausgeräts. Dies kann bedarfsweise durch zusätzliche Maßnahmen, wie beispielsweise eine Zusatzheizung oder zusätzliche Wärmetauscher unterstützt werden.
Bei der Verwendung von Zeolithen als Speichermedium muss dieses allerdings aktiv regeneriert werden. Das Regenerieren erfolgt mit der Reversionseinrichtung, die vorteilhafterweise eine Pumpe umfasst, die saugseitig mit dem Wärmespeicher verbunden ist. So wird aus dem Wärmespeicher zur Regenerierung des wärmespeichernden Mediums das Fluid (z.B. in Form von Wasserdampf) wieder abgesaugt.
Der Regenerationsvorgang kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch beschleunigt und unterstützt werden, dass die Reversionseinrichtung eine in dem Wärmespeicher angeordnete und damit auf das wärmespeichernde Medium einwirkende Heizeinrichtung umfasst. Bevorzugt kann der erwärmte und abgesaugte Wasserdampf im ersten Wärmereservoir (Wasserreservoir auf der Kaltseite) kondensieren und damit zumindest einen Teil der vorher von diesem Reservoir abgegebenen Wärme an dieses zurückgeben. Alternativ oder zusätzlich kann das dem wärmespeichernden Medium wieder entzogene Fluid auch an die Umgebung abgegeben werden.
Vorteilhafterweise kann die in dem Wärmespeicher angeordnete Heizeinrichtung bedarfsweise auch zu einer ergänzenden Erwärmung des Prozesswassers dienen, beispielsweise wenn die Wärmespeicherkapazität bei einer sehr hohen Nutzungsrate des Hausgeräts nicht ausreichen sollte. Prinzipiell arbeitet die Wärmegewinnungseinrichtung somit als Wärmepumpe, die bevorzugt im Gegensatz zu üblichen Wärmepumpen so dimensioniert ist, dass ein Wärmepumpenzyklus und damit ein Speicherzyklus in seiner Dauer wenigstens einem Arbeitszyklus des Hausgeräts entspricht.
Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts, bei dem ein Fluid bedarfsweise einem wärmespeichernden Medium zugeführt wird, bei dem durch Sorption des Fluids von dem wärmespeichernden Medium gespeicherte Wärme abgegeben wird, bei dem die abgegebene Wärme dem Prozesswasser zugeführt wird und bei dem dem wärmespeichernde Medium das aufgenommene Fluid zumindest teilweise wieder entzogen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
In dem Ausführungsbeispiel ist eine erfindungsgemäße Wärmegewinnungseinrichtung - ohne Beschränkung des Schutzbereichs darauf - in einem Hausgerät, nämlich in einer Waschmaschine dargestellt, wobei nur die zum Verständnis erforderlichen, wesentlichen Bestandteile der Waschmaschine gezeigt sind.
Von der Waschmaschine 1 ist dargestellt ein Laugenbehälter 2 mit darin befindlicher Wäsche 3. Waschlauge 4 in dem Behälter ist im anmeldungsgemäßen Sinne Prozesswasser 5, das mit Hilfe der Wärmegewinnungseinrichtung erwärmt wird.
Dazu umfasst die Wärmegewinnungseinrichtung ein Fluid, nämlich in einem Behälter 8 enthaltenes Wasser 9. Der Behälter 8 bildet insoweit einen Wasserspeicher oder ein erstes Wärmereservoir 10 auf der so genannten Kaltseite. In dem Behälter 8 kann ein Vlies 12 angeordnet sein, das vom Wasser 9 getränkt ist und das Verdampfen des Wassers fördert.
Der Behälter 8 ist über eine steuerbare Verbindungsleitung 14 mit einem Wärmespeicher 16 n Fließverbindung, der ein zweites Wärmereservoir 17 (auf der so genannten Warmseite) bildet. Diese Verbindung ist gesteuert - d.h. geöffnet bzw. verbunden - durch ein elektrisch betätigtes Ventil 18. Der Wärmespeicher 16 umfasst einen Speicherbehälter 20, der mit einer Zeolith- Schüttung 21 gefüllt ist. Diese bildet in diesem Ausführungsbeispiel ein wärmespeicherndes Medium 22. Aus dem Behälter 20 tritt eine beispielsweise durch ein Verbindungsrohr gebildete Verbindung 24 zu dem saugseitigen Anschluss 25 einer Pumpe 26 aus. Druckseitig führt eine Verbindung 28 von der Pumpe 26 zurück zum Inneren des Behälters 8.
Der Wärmespeicher 16 ist von einem Wärmetauscher 30 durchdrungen, der beispielsweise als Rohrschlange ausgeführt sein kann. Der Wärmetauscher wird eingangsseitig von einer weiteren Pumpe 33 beaufschlagt, die Prozesswasser 5 aus dem Laugenbehälter 2 abpumpt, zur Erwärmung durch den Wärmetauscher 30 pumpt und schließlich über eine Verbindungsleitung 35 in den Laugenbehälter 2 zurückfördert. Außerdem ist in dem Wärmespeicher 16 eine elektrische Heizeinrichtung 40 vorgesehen.
Somit sind die beiden Behälter 8, 20 miteinander verbunden bzw. durch Steuerung des Ventils 18 verbindbar, im Übrigen aber gegenüber der Außenumgebung gasdicht abgeschlossen und so Elemente eines geschlossenen Systems 42.
Zur Wärmegewinnung öffnet eine im Einzelnen nicht dargestellte Steuerung das Ventil 18. Dadurch tritt Wasser 9 als über das Vlies 12 verdampfendes Wasser über die Leitung 14 in den Behälter 20 des Wärmespeichers 16 ein. Die bis dahin dort trocken gehaltenen Zeolithe adsorbierten diesen Wasserdampf und geben dabei eine vergleichsweise große Menge Adsorptionswärme ab. Die Pumpe 33 fördert derweil das Prozesswasser 5 über den Wärmetauscher 30, so dass die freigewordene Wärme das Prozesswasser auf die gewünschte Temperatur bringt, das durch den Druck der Pumpe 33 über die Leitung 35 wieder in den Laugenbehälter 2 gelangt.
Dabei kühlt sich das erste Wärmereservoir 10 ab und liefert damit einen Teil der abzugebenden Wärmeenergie. Wenn die gewünschte Wärmeenergiemenge bereitgestellt worden ist bzw. das Prozesswasser auf die gewünschte Temperatur erwärmt worden ist schließt das Ventil 18. Vorteilhafterweise kann das Ventil 18 bedarfsweise wieder geöffnet und damit die Wärmegewinnung mittels der erfindungsgemäßen Wärmegewinnungseinrichtung fortgesetzt werden, bis schließlich eines der beiden Wärmereservoirs erschöpft ist. Das Wärmereservoir 10 kann sich über Abwärme aus der Umgebung der Wärmegewinnungseinrichtung thermisch regenerieren. Um nach Wärmeabgabe das wärmespeichernde Medium22, nämlich hier die Zeolith-Schüttung 21 , zu regenerieren, wird bei geschlossenem Ventil 18 die Pumpe 26 in Betrieb genommen und saugt so Wasserdampf aus dem Behälter 20 ab. Durch Kompression wird dieses unter Abgabe von Wärme wieder dem Behälter 8 und damit dem ersten Wärmereservoir 10 zugeführt. Unterstützend wird die elektrische Heizung 40 aktiviert, so dass sich das wärmespeichernde Medium unter Aufnahme von Wärme regeneriert und dabei das aufgenommene Fluid (Wasserdampf) zumindest teilweise wieder abgibt. Die Pumpe 26 und die Heizeinrichtung sind mögliche Elemente einer Regenerationseinrichtung 41 , die die Zeolith-Schüttung 21 aktiv regenerieren.
Zusätzlich kann die Heizung beim Erwärmen des Prozesswassers auch noch zu dessen Erwärmung beitragen, falls die von dem Wärmespeicher 16 zur Verfügung gestellte Wärmeenergie nicht ausreichen sollte.
In einer alternativen, zeichnerisch nicht dargestellten, aufgrund ihres noch einfacheren Aufbaus günstigen Variante der Wärmegewinnungseinrichtung kann anstelle des Behälters 8 bzw. des darin befindlichen Wassers 9 auch unmittelbar auf Prozesswasser zugegriffen werden, beispielsweise indem aus einem vorhergehenden Waschgang noch verbleibendes Restwasser in der zuvor beschriebenen Art wie das Wasser 9 genutzt wird.
Mit der Erfindung ist eine quasi als Wärmepumpe arbeitende Einrichtung angegeben, die bei vergleichsweise geringem Aufwand und geringem erforderlichen Bauraum bedarfsweise eine große Wärmemenge innerhalb kurzer Zeit zur Verfügung stellen kann. Der Einsatz von Zeolithen ermöglicht ein besonders langfristiges Speichern der Wärmeenergie mit vergleichsweise geringem prozesstechnischem Aufwand, weil hier nur im Wesentlichen der Druck und die Feuchte konstant zu halten sind.
Zudem ermöglicht die Erfindung wie beschrieben auch das Entnehmen von Teilmengen der gespeicherten Wärmeenergie. Damit kann die erfindungsgemäße Wärmegewinnungseinrichtung weitgehend unabhängig von der aktuellen Energieversorgung zur Optimierung des Betriebs des Hausgeräts beitragen, beispielsweise indem prozesskritische Heizzeiten erheblich verkürzt werden können, ohne dass etwa der elektrische Anschlusswert erhöht werden muss. Zudem ermöglicht der Wärmespeicher 16 eine optimierte Wahl des Aufladezeitpunkts z.B. mittels preiswerter, aber zeitpunktabhängiger Energieformen wie z.B. Nachtstrom oder Solarstrom.
Bezugszeichenliste
1 Waschmaschine
2 Laugenbehälter
3 Wäsche
4 Waschlauge
5 Prozesswasser
8 Behälter
9 Fluid
10 erstes Wärmereservoir
12 Vlies
14 Verbindungsleitung
16 Wärmespeicher
17 zweites Wärmereservoir
18 Ventil
20 Speicherbehälter
21 Zeolith-Schüttung
22 Wärmespeicherndes Medium
24 Verbindung
25 Anschluss
26 Pumpe
28 Verbindung
30 Wärmetauscher
33 Pumpe
35 Verbindungsleitung
40 Heizeinrichtung
41 Regenerationseinrichtung
42 System

Claims

Patentansprüche
1. Wärmegewinnungseinrichtung für Prozesswasser (5) eines Hausgeräts (1 ), mit einer steuerbaren Verbindungsleitung (14), über die bedarfsweise ein Fluid (9) zu einem Wärmespeicher (16) gelangt, - mit einem in dem Wärmespeicher (16) befindlichen wärmespeichernden Medium (22), das bei Sorption des Fluids (9) gespeicherte Wärme abgibt, wobei die abgegebene Wärme das Prozesswasser (5) erwärmt, und mit einer Reversionseinrichtung (41 ), die dem wärmespeichernden Medium (22) das aufgenommene Fluid (9) zumindest teilweise wieder entzieht.
2. Wärmegewinnungseinrichtung nach Anspruch 1 , wobei
- das wärmespeichernde Medium (22) Zeolithe (21 ) umfasst
3. Wärmegewinnungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei - das Fluid (9) Wasser ist und das wärmespeichernde Medium (22) in dampfförmigem Zustand beaufschlagt.
4. Wärmegewinnungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei
- das Wasser (9) Prozesswasser (5) des Hausgeräts (1 ) ist.
5. Wärmegewinnungseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- ein Vorratsbehälter (8) für das Fluid (9) und der Wärmespeicher (20) Elemente eines nach außen gasdicht geschlossenen Systems (42) sind.
6. Wärmegewinnungseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- die Reversionseinrichtung (41 ) eine Pumpe (26) umfasst, die saugseitig mit dem Wärmespeicher (16) verbunden ist.
7. Wärmegewinnungseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- die Reversionseinrichtung (41 ) eine in dem Wärmespeicher (16) angeordnete Heizeinrichtung (40) umfasst.
8. Wärmegewinnungseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- in dem Wärmespeicher (16) ein Wärmetauscher (30) zum Erwärmen des Prozesswassers (5) angeordnet ist.
9. Wärmegewinnungseinrichtung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- der Wärmespeicher (16) und die Reversionseinrichtung (41 ) so bemessen sind, dass ein Speicherzyklus in seiner Dauer wenigstens einem Arbeitszyklus des Hausgeräts entspricht.
10. Verfahren zur Wärmegewinnung für Prozesswasser eines Hausgeräts (1 ), bei dem a) ein Fluid (9) bedarfsweise einem wärmespeichernden Medium (22) zugeführt wird, b) durch Sorption des Fluids (9) von dem wärmespeichernden Medium (22) gespeicherte Wärme abgegeben wird, c) die abgegebene Wärme dem Prozesswasser (5) zugeführt wird und d) dem wärmespeichernde Medium (22) das aufgenommene Fluid (9) zumindest teilweise wieder entzogen wird.
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