WO2013174739A1 - Verfahren zum betrieb eines trockners mit einem latentwärmespeicher, sowie hierzu geeigneter trockner - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines trockners mit einem latentwärmespeicher, sowie hierzu geeigneter trockner Download PDF

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WO2013174739A1
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latent heat
process air
heat storage
dryer
drying chamber
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PCT/EP2013/060226
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Klaus Grunert
Uwe-Jens Krausch
Günter Steffens
Andreas Stolze
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BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
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    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a dryer with a latent heat storage, in particular of such a tumble dryer, and a dryer suitable for this purpose.
  • the invention relates to a method for operating a dryer with a drying chamber for objects to be dried, a drive motor, a control device and a process air duct in which a heater, a heat exchanger, a process air blower and a latent heat accumulator are located.
  • DE 3710710 A1 describes a condensation dryer with a closed recirculation circuit in which a circulating air fan, an electric air heater, a laundry container, a heat exchanger and a latent heat storage are arranged with a latent heat storage means, wherein the latent heat storage is in the recirculation loop between the heat exchanger and the electric air heater.
  • the latent heat accumulator absorbs heat energy from the moist, warm process air which flows out of the drying chamber, by melting a medium contained in the latent heat accumulator. If the entire contents of the latent heat storage has melted and the coolant supply to the heat exchanger must be turned on, the electric air heater can be throttled or turned off, because the latent heat storage can then be used to heat the process air.
  • DE 102 24 940 A1 discloses a condensation laundry dryer with a drying chamber, a closed process air circuit, a process air blower, a heating device and a latent heat storage device removably arranged in the process air cycle. This replaces the usual air-working heat meTMer.
  • the latent heat accumulator can be discharged separately from the dryer by removing it so that it can deliver the heat outside the dryer.
  • DE 10 2008 006 348 A1 describes a condensation dryer with a drying chamber for objects to be dried, a process air duct in which there are an electric heater, a heat exchanger and a fan, a latent heat accumulator and a cooling air duct, the latent heat accumulator being arranged in the cooling air duct.
  • WO 201 1/054895 A1 describes a dryer with a drying chamber for objects to be dried and a latent heat store, which has a heat-conducting filling material, which is in particular a metal foam.
  • the storage medium is introduced into the foam.
  • DE 10 1009 026 649 A1 relates to a method for controlling a drying process and to a household appliance for drying a moist material, which is set up to carry out such a method.
  • WO 2012/098010 A1 relates to a latent heat storage device comprising two storage media whose phase transition temperatures differ from one another.
  • DE 10 2007 031 481 A1 relates to a washer-dryer with a sorbent-containing sorbent unit, in which a heater is arranged.
  • a heated desorbate released from the sorbent by means of the heater can be released from the sorbent unit, at least part of the heat of the desorbate reaching a washing or rinsing liquor.
  • the heat transfer to the latent heat storage is particularly efficient when the heat transfer takes place in a temperature range in which takes place in the storage medium used in the latent heat storage a phase change. Otherwise, a heat transfer would only lead to a heating of the storage medium, the medium absorbs only relatively little energy.
  • drying chamber generally a laundry drum
  • classic heat exchanger is a heat exchanger
  • the conventional heat exchanger is usually switched off, for example, by passing no cooling air through an air-to-air heat exchanger or by passing heat from the evaporator of a heat pump, which is not supplied by Verda
  • the refrigerant can absorb heat.
  • the heater is generally switched off and the heat exchanger is switched on.
  • the moist, warm process air is cooled from the drying chamber in the heat exchanger by condensation of the moisture contained in it and then heated by passage through the latent heat storage by heat exchange with this again.
  • the heated process air then passes again to the drying of wet laundry in the drying chamber, etc.
  • the heater is turned on again and turned off the heat exchanger to allow recharging the latent heat storage.
  • a latent heat storage generally includes a phase change storage medium (hereinafter also referred to as “PCM storage medium” or abbreviated as “storage medium”) in which heat energy is stored about its use for a phase change (phase transition) of the storage medium.
  • PCM storage medium phase change storage medium
  • the storage medium such as a paraffin or a salt hydrate, generally melts during a phase change.
  • the largest storage density lies in the temperature range of the phase change. It is therefore desirable to rapidly reach this temperature range when using a latent heat storage in a dryer.
  • the object of the present invention was to provide an improved method for operating a dryer, in particular a tumble dryer, with a latent heat store. Preferably, a more efficient and faster charging of the latent heat storage is to be achieved.
  • the object of the invention was also to provide a suitable for carrying out this process dryer.
  • the invention thus relates to a method for operating a dryer with a drying chamber for objects to be dried, a drive motor, a control device and a process air duct in which a heater, a heat exchanger, a process air blower and a latent heat storage are located, wherein:
  • step (A) is charged in a charging phase of the latent heat storage by heat transfer from the moist heat process air from the drying chamber, while the process air blower is operated to direct the process air with an air flow rate F1 through the latent heat storage; and (B) after charging the latent heat storage to initiate a discharge phase, the heater is switched off or operated at a reduced power compared to step (a); and
  • the heater is in particular an electric heater or a gas heater, wherein an electric heater is preferably used.
  • This embodiment takes into account the fact that the duration of charge and discharge of the latent heat storage depend on the drying process in the drying chamber, and thus in particular on a loading of the drying chamber with objects to be dried, eg items of laundry.
  • the heating is switched off in step (b) after complete charging of the latent heat accumulator.
  • “Complete discharge” here means, in particular, that a phase change in the storage medium is completely completed and only cooling or heating of the storage medium takes place.
  • the latent heat accumulator is provided with at least one temperature sensor, and the charging and / or the discharge of the latent heat accumulator is followed by temperature measurements by means of the at least one temperature sensor.
  • a temperature sensor is arranged in front of and behind the therein latent heat storage in the process air duct.
  • the temperatures measured by the two temperature sensors allow a determination of the state of charge of the latent heat accumulator.
  • the state of charge means the extent of the phase transition from the liquid to the solid state in the phase change storage medium of the latent heat accumulator.
  • the state of charge is thus a measure of the ability of the latent heat storage for storing heat energy.
  • the temperature sensors are preferably connected to a control device which can automatically trigger a switch-off or connection of the heater.
  • the process air blower used in the method according to the invention preferably has a preferred direction of rotation. That is, in particular due to the design of the fan blades at the same speed, the amount of air carried per unit time in the one direction of rotation of the blower greater than in the opposite direction.
  • a variation of the air flow velocity F can be achieved.
  • the process air blower on a preferred direction of rotation and is rotated in step (a) against the preferred direction of rotation and in step (b) in the preferred direction of rotation.
  • a drive motor with a variable speed can also be used, so that the variation of the air flow speed F provided according to the invention can be achieved by changing the rotational speed of a drive motor.
  • the steps (b) and (c) are carried out up to a predetermined discharge, ie a predetermined low state of charge, of the latent heat store and then the steps (a) to (c) are repeated several times.
  • the number of times of performing steps (a) to (c) is the number of cycles.
  • a predetermined low state of charge can be realized, for example, by taking advantage of the fact that after a completed solidification of the storage medium, ie after a completed phase transition, only a further cooling of the storage medium takes place.
  • the predetermined low state of charge can thus be realized by reaching a predetermined lower threshold temperature or a predetermined cooling rate.
  • a predetermined charge of the latent heat storage can be detected by reaching a predetermined upper threshold temperature or a predetermined heating rate.
  • the lower and / or upper threshold temperature as well as the predetermined cooling rates and heating rates for the storage medium are then stored in the control device.
  • these may vary depending on a desired drying process.
  • a cooling medium is passed through the heat exchanger.
  • the cooling medium may be, for example, the refrigerant of a heat pump or cooling air of an air-to-air heat exchanger.
  • an air-air heat exchanger is preferably used, so that the cooling medium is preferably cooling air.
  • a cooling air duct is then present in the heat exchanger, is passed through the air, in particular from a storage room of the dryer, as a cooling medium by means of a cooling air blower.
  • the cooling air blower preferably has a preferred direction of rotation.
  • the cooling air is then such passed through the cooling air passage that the cooling air blower is rotated in step (a) against its preferred direction of rotation and in step (b) in its preferred direction of rotation.
  • the cooling-air blower can alternatively or in addition to this also be operated by the speed in step (a) is lower than in step (b).
  • a drive motor which simultaneously drives the process air blower and a cooling air blower in a cooling air duct of the heat exchanger, that is, here an air-air heat exchanger.
  • the drying space is a drum driven by an electric drive motor, which may use the same motor as that used for the process air blower or a separate motor.
  • a so-called single-motor concept is realized in which the drying chamber, process air blower and, if present, a cooling-air blower are operated with the same drive motor.
  • a BLDC motor is a brushless DC motor, in which the usual mechanical commutator with brushes for power application is replaced by an electronic drive circuit.
  • the rotor is realized with permanent magnets and the fixed stator comprises coils that are driven by an electronic circuit offset in time to produce a rotating field, which generates a torque at the permanent magnet rotor.
  • BLDC motors it is possible to make the electronic commutation dependent on the rotor position, the rotor speed and the torque. In this case, a sensor-controlled and a sensorless commutation are used to detect the rotor position and speed.
  • a BLDC motor as a drive motor also allows a change in the speed in a simple manner and in particular a high speed.
  • a rotational speed u) i of the drive be set in step (a), which is smaller than a rotational speed ⁇ 2 in step (b).
  • the rotational speed u) i is smaller by about 10 to 50% than the rotational speed ⁇ 2 .
  • the invention also relates to a dryer with a drying chamber for objects to be dried, a drive motor, a control device and a process air duct in which a heater, a heat exchanger, a process air blower and a latent heat storage are located, wherein the control device is configured to perform a method , in which:
  • (A) is charged in a charging phase of the latent heat storage by heat transfer from the moist heat process air from the drying chamber, while the process air blower is operated to direct the process air with an air flow rate F1 through the latent heat storage;
  • step (B) after charging the latent heat storage to initiate a discharge phase, the heater (4) is switched off or operated at a reduced power compared to step (a);
  • the latent heat storage in the dryer according to the invention comprises a phase change storage medium containing at least one inorganic salt hydrate and / or an organic compound.
  • the dryer in the latent heat storage contains a phase change storage medium having a phase transition from the liquid to the solid state in the temperature range of 30 to 65 ° C, more preferably in the temperature range of 35 to 60 ° C and most preferably in the temperature range of 45 to 55 ° C.
  • the phase change storage medium used in the dryer contains a salt hydrate, wherein the salt hydrate preferably contains at least one salt from the group consisting of sodium acetate, sodium thiosulfate, magnesium nitrate, ammonium nitrate and magnesium chloride.
  • potassium nitrate and lithium nitrate can be used.
  • Suitable salt hydrates are, for example:
  • the storage medium contains an organic compound.
  • suitable organic compounds or mixtures of organic compounds are: paraffins (heat paraffins) with different melting points;
  • a storage medium in the latent heat storage and a mixture of organic and inorganic compounds can be used.
  • An example of this is a mixture of 80 wt .-% acetamide and 20 wt .-% NaN0 3 with a melting point of 59 ° C.
  • the latent heat accumulator may have the heat conductivity improving additives, such as carbon nanotubes, which then preferably in an amount of 0.1 to 15 wt .-%, based on the total mass of the latent heat accumulator, in particular based on the total mass from storage medium and carbonaceous additive, are used.
  • Carbon nanotubes are, in particular, microscopically small tubular structures made of carbon atoms, which occupy a honeycomb-like structure with hexagons and three bonding partners each and are single-walled or multi-walled.
  • Carbon nanotubes generally have a diameter of 0.4 nm to 50 nm and a length of 10 ⁇ m to 10 mm.
  • multi-walled carbon nanotubes are used, in particular those having an average diameter of the tubes in the range from 10 to 20 nm, preferably from 13 to 16 nm.
  • the carbon nanotubes which can be used for use in a latent heat store are described, for example, by the methods described in US 2009/0134363 A. Production method can be produced.
  • the latent heat storage device used in the dryer according to the invention generally has a latent heat storage wall, which generally comprises the storage medium. Since the latent heat storage absorb heat but must also give off, that is also functioning as a heat exchanger, the latent heat storage wall is generally composed, at least at the part intended for heat exchange, of a good heat-conducting material, e.g. a metal such as aluminum or copper, or a thermoplastic which is preferably provided with improved thermal conductivity.
  • a good heat-conducting material e.g. a metal such as aluminum or copper, or a thermoplastic which is preferably provided with improved thermal conductivity.
  • the latent heat storage wall comprises a thermoplastic material.
  • the heat conductivity-improving additives are contained in the latent heat storage wall.
  • the thermoplastic is preferably selected from the group consisting of polyolefins, olefin copolymers and styrene copolymers.
  • the polyolefin is polypropylene.
  • the styrene copolymer is an acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS).
  • the latent heat storage also contains expanded graphite, preferably in an amount of at most 15 wt .-%, based on the total mass of storage medium and carbonaceous additives.
  • a latent heat accumulator may be used, as described in the document WO 98/04644 A, which relates to a method and a system for storing heat or cold in a storage composite material, such a storage composite material and a method for its production.
  • the memory composite has a phase change passing material (PCM), e.g. a paraffin embedded in a matrix of expanded graphite.
  • PCM phase change passing material
  • the inventively usable storage media generally tend to hypothermia.
  • a storage medium in the form of a supercooled solution can be used.
  • supercooling is avoided.
  • a nucleating agent is often added to the storage medium, whereby suitable nucleating agents are known to the person skilled in the art for various storage media.
  • the latent heat storage of the dryer according to the invention has in its interior means for generating a flow in the storage medium.
  • the dryer according to the invention is in particular a tumble dryer per se or a washer-dryer.
  • a washer-dryer here is a combination device that has a washing function for washing laundry and a drying function for drying wet laundry.
  • the stored in the latent heat storage by cooling of heated cooling air heat energy can be used for heating process air in the process air duct and / or the drying chamber. According to the invention thus also the heating of the process air in the drying chamber, ie as a result of a heat exchange between see latent heat storage and drying chamber, take place.
  • a surface of the latent heat store it is preferable for a surface of the latent heat store to be at a distance of at most 5 cm, preferably at most 3 cm and particularly preferably at most 2 cm from the drying chamber, and is preferably concave.
  • a distance between the concave surface and an outer surface of the drying chamber is between 0.5 and 5 cm.
  • a latent heat accumulator inserted in a condensation dryer preferably has ribs on a surface of the latent heat accumulator facing the process air duct. These ribs can serve to guide the process air through the latent heat storage. Alternatively or additionally, the ribs may be filled with a storage medium.
  • the invention has the advantage that a dryer with a latent heat storage can be operated with improved efficiency by the number of cycles (charging and discharging of the latent heat storage per unit time) is increased. This is possible in particular because the solidification times and melting times of an inserted storage medium can be set short.
  • the heat energy can be better utilized by improving the heat exchange between the latent heat store and a heat-absorbing or donating component in the dryer. As a result, a large surface of the latent heat storage can be unnecessary, so that it can be flexibly adapted to the space conditions in the dryer. The higher efficiency can thus result from a high loading and unloading dynamics of the latent heat storage, high charge and discharge currents and high power densities.
  • the invention enables greatly reduced process air flows and cooling air flows in the charging phase, so that a significant reduction of the charging time is possible. As a result, higher cycle times can be realized. Finally, larger process air flows and cooling air flows can be realized in the discharge phase be so that a faster cooling and in particular discharge of the latent heat storage can be realized. This also leads to an increase in the number of cycles per unit of time.
  • the dryer also has a display device for different states of the dryer. For this purpose, an optical display device is preferably used. The display device can provide information about the operation of the dryer, for example, by outputting a text or by lighting different colored LEDs, for example via a charging phase or a discharge phase of the latent heat storage.
  • the figure shows a vertically cut dryer, in particular tumble dryer, according to a first embodiment, in which a latent heat storage in the process air duct, in particular in the circulating air duct is subsequently arranged on a drying chamber and a heat exchanger.
  • the dryer 1 shown in the sole figure of the drawing has a drum rotatable about a horizontal axis as a drying chamber 2, within which drivers 15 are mounted for moving laundry during a drum rotation.
  • Process air is guided by means of a process air blower 6 in the process air duct 3 via an electric heater 4 through the drum 2.
  • the process air laden with moisture is guided through a part of the process air duct designated as recirculating air channel 24.
  • the moist, warm process air is passed through an air-air heat exchanger 5, where a heat exchange with cooling air can take place when the cooling air flows from a cooling air inlet 16 to a cooling air outlet 17.
  • the latent heat storage 7 In the circulating air channel 24 is also a latent heat storage 7 with a phase change storage medium 8, on which also a heat exchange with the process air can take place.
  • the latent heat accumulator 7 removes the moist, humid pro- from the drum 2 in a charging phase heat.
  • the latent heat accumulator 7 gives off heat to cooled process air.
  • the moist, warm process air cools down in each case by condensation of the moisture contained in it and is in turn passed through the process air blower 6 and the electric heater 4 in the drying chamber 2, whereby the process air circuit is closed.
  • the condensed at the air-air heat exchanger 5 and / or the latent heat storage 7 moisture is collected in a condensate tank, not shown in the figure.
  • the cooled process air in the recirculating air channel 24 then passes again by means of the process air blower 6 into the process air duct 3.
  • a cooling air duct is arranged in the air-air heat exchanger 5, in which a cooling air blower 10 is located.
  • the cooling air blower 10 has a preferred direction of rotation.
  • the cooling air from the installation space of the dryer is then passed through the cooling air duct 9 such that the cooling air blower 10 is rotated in its preferred direction of rotation in step (a) and in its preferential direction of rotation in step (b).
  • BLDC motor which simultaneously causes the drive of the process air blower 6 and the cooling air blower 10 and the drum 2.
  • the drum 2 For drying of laundry items not shown here in detail in the drum 2 is heated by the electric heater 4 from the rear, ie from the dryer door 18 opposite side of the drum 2, passed through the perforated bottom in the drum 2, comes there with the drying laundry into contact and flows through the filling opening of the drum 2 to a lint filter 19 within the filling door closing the drying door 18. Subsequently, the air flow in the dryer door 18 is deflected downward.
  • the drum 2 is mounted in the embodiment shown in the figure at the rear bottom by means of a pivot bearing and front by means of a bearing plate 20, wherein the drum 2 with a brim on a sliding strip 21 on the bearing plate 20th rests and is held at the front end.
  • the phase change storage medium 8 is here a paraffin.
  • the paraffin can store heat energy by a phase transition from solid to liquid.
  • multi-walled carbon nanotubes having a mean tube diameter of 13 to 16 nm are dispersed in an amount of 5% by weight, based on the total mass of storage medium and carbonaceous additives.
  • a proportion of expanded graphite as a second carbonaceous additive in an amount of 4 wt .-% based on the total mass of storage medium and carbonaceous additives.
  • the storage medium 10 is surrounded by a latent heat storage wall 1 1, the present from a thermoplastic plastic with a share of 5 wt .-% carbon nanotubes with an average diameter of the tubes from 13 to 16 nm, based on the total mass thermoplastic and carbon nanotubes.
  • a method for operating a dryer 1 is performed, wherein in a charging phase of the latent heat storage 7 is charged by heat transfer from the moist heat process air from the drying chamber 2, while the process air blower 6 is operated to the process air with an air flow velocity F1 through the To conduct latent heat storage 7.
  • This state can be detected by a decrease in the temperature sensors arranged upstream of and behind the latent heat accumulator 7, a first temperature sensor 13 and a second temperature sensor 14.
  • the temperature difference is transmitted to a control device 22, which evaluates it with regard to the charging of the latent heat accumulator 7 and can cause a shutdown of the electric heater see 4.
  • the electric heater 4 is thus switched off or operated with a reduced power compared to step (a) to initiate a discharge phase.
  • the process air blower 6 is operated so that the process air is passed through the latent heat accumulator 7 with an air flow speed F2 greater than F1.
  • the temperature of the entering into the drying chamber 2 process air drops down and the drying is continued due to the heat transfer from the latent heat storage 7 to the drying chamber 3 at a lower temperature level.
  • the distance between the drying chamber 2 and the latent heat storage 7 is presently from 5 to 10 mm.
  • Step (a) is again carried out and the process air is passed through the latent heat accumulator with an air flow speed F1 less than F2 by reversing the direction of rotation of drive motor 12.
  • F1 air flow speed
  • the temperature of the process air and the cooling air after passing through the air-air heat exchanger 5 rise, so that the latent heat storage 7 is recharged.
  • This cycle is repeated until the drying process is completed.
  • the duration of the drying process may be predetermined or automatically determined by means of a moisture measurement not shown here.
  • the dryer of FIG allows, moreover, the implementation of a method, wherein step (a) for a predetermined period of time At A and / or step (b) for a predetermined period of time At B are performed, wherein in the control device 22, a relationship between At a and / At b and a loading of the drying chamber 2 and / or a moisture content of objects to be treated is deposited.
  • phase change storage medium 8 storage medium, phase change storage medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Detail Structures Of Washing Machines And Dryers (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners 1 mit einer Trocknungskammer 2 für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor 12, einer Steuereinrichtung 22 und einem Prozessluftkanal 3, in dem sich eine Heizung 4, ein Wärmetauscher 5, ein Prozessluftgebläse 6 und ein Latentwärmespeicher 7 befinden, wobei (a) in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher 7 durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer 2 aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse 6 betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher 7 zu leiten; und (b) nach Aufladung des Latentwärmespeichers 7 zur Einleitung einer Entladungsphase die Heizung 4 abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben wird; und (c) das Prozessluftgebläse 6 betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2 größer als F1 durch den Latentwärmespeicher 7 zu leiten. Die Erfindung betrifft außerdem einen zur Durchführung dieses Verfahren geeigneten Trockner.

Description

Verfahren zum Beirieb eines Trockners mit einem
Latentwärmespeicher, sowie hierzu geeigneter Trockner
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners mit einem Latentwär- mespeicher, insbesondere eines solchen Wäschetrockners, sowie einen hierzu geeigneten Trockner. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor, einer Steuereinrichtung und einem Prozessluftkanal, in dem sich eine Heizung, ein Wärmetauscher, ein Prozessluftgebläse und ein Latentwärmespeicher befinden.
Bei der Benutzung eines Haushaltsgerätes ist der wirtschaftliche Umgang mit der eingesetzten Energie sehr wichtig. Besonders viel Energie in Form von Wärme fällt bei wasserführenden Haushaltsgeräten wie z.B. Waschmaschinen, Wäschetrocknern und Geschirrspülmaschinen an. Es ist daher bekannt, in einem Haushaltsgerät nicht mehr benötigte Wärmeenergie in einem darin enthaltenen Latentwärmespeicher zu speichern. Trockner mit einem Latentwärmespeicher sind an sich bekannt.
Die DE 3710710 A1 beschreibt einen Kondensationswäschetrockner mit einem geschlossenen Umluftkreislauf, in dem ein Umluftventilator, ein elektrischer Lufterhitzer, ein Wäschebehälter, ein Wärmetauscher und ein Latentwärmespeicher mit einem Latentwärmespeichermittel angeordnet sind, wobei sich der Latentwärmespeicher im Umluftkreislauf zwischen dem Wärmetauscher und dem elektrischen Lufterhitzer befindet. Der Latentwärmespeicher nimmt Wärmeenergie aus der feuchtwarmen Prozessluft, die der Trocknungskammer entströmt, auf, indem ein in dem Latentwärmespeicher enthalte- nes Medium schmilzt. Wenn der gesamte Inhalt des Latentwärmespeichers geschmolzen ist und die Kühlmittelzufuhr zum Wärmetauscher eingeschaltet werden muss, kann der elektrische Lufterhitzer gedrosselt oder ausgeschaltet werden, weil der Latentwärmespeicher dann zur Erhitzung der Prozessluft verwendet werden kann. Die DE 102 24 940 A1 offenbart einen Kondensationswäschetrockner mit einer Trocknungskammer, einem geschlossenen Prozessluftkreislauf, einem Prozessluftgebläse, einer Heizeinrichtung sowie einem im Prozessluftkreislauf entnehmbar angeordneten Latentwärmespeicher. Dieser ersetzt den allgemein üblichen, mit Luft arbeitenden Wär- meaustauscher. Der Latentwärmespeicher kann unabhängig vom Trockner separat entladen werden, indem er entnommen wird, damit er die Wärme außerhalb des Trockners abgeben kann. Die DE 10 2008 006 348 A1 beschreibt einen Kondensationstrockner mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Prozessluftkanal, in dem sich eine elektrische Heizung, ein Wärmetauscher und ein Gebläse befinden, einem Latentwärmespeicher und einem Kühlluftkanal, wobei der Latentwärmespeicher im Kühlluftkanal angeordnet ist.
Die WO 201 1/054895 A1 beschreibt einen Trockner mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände und einem Latentwärmespeicher, der ein wärmeleitendes Füllmaterial aufweist, das insbesondere ein Metallschaum ist. Vorzugsweise ist das Speichermedium in den Schaum eingebracht. Hierdurch wird eine Wirkungsgradverbesserung des Latentwärmespeichers erreicht.
Die DE 10 1009 026 649 A1 betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Trocknungsprozesses sowie ein Haushaltsgerät zum Trocknen eines feuchten Gutes, welches zum Durchführen eines solchen Verfahrens eingerichtet ist.
Die WO 2012/098010 A1 betrifft einen Latentwärmespeicher umfassend zwei Speichermedien, deren Phasenübergangstemperaturen sich voneinander unterscheiden.
Die DE 10 2007 031 481 A1 betrifft einen Waschtrockner mit einer ein Sorptionsmittel enthaltenden Sorbereinheit, in welcher eine Heizung angeordnet ist. Während eines Waschgangs oder Spülgangs ist ein mittels der Heizung aus dem Sorptionsmittel freigesetztes erwärmtes Desorbat aus der Sorbereinheit abgebbar, wobei zumindest ein Teil der Wärme des Desorbats an eine Wasch- oder Spülflotte gelangt. Während eines Trockengangs sind hingegen ein Strom feuchter Luft aus der Wäsche zur Sorbereinheit, und ein Strom Luft von der Sorbereinheit zurück zur Wäsche führbar. Die Wärmeübertragung auf den Latentwärmespeicher ist besonders effizient, wenn die Wärmeübertragung in einem Temperaturbereich stattfindet, in dem bei dem im Latentwärmespeicher eingesetzten Speichermedium ein Phasenwechsel stattfindet. Ansonsten würde eine Wärmeübertragung nur zu einer Erwärmung des Speichermediums führen, wobei das Medium nur relativ wenig Energie aufnimmt.
Bei Verwendung eines Latentwärmespeichers in einem Kondensationstrockner (im Folgenden als„Trockner" abgekürzt) sind in der Regel, anschließend an die Trocknungskammer, im Allgemeinen eine Wäschetrommel, ein klassischer Wärmetauscher sowie der Latentwärmespeicher in Reihe geschaltet. Ein klassischer Wärmetauscher ist hierbei ein Wärmetauscher, durch ein Kühlmittel geleitet wird, insbesondere ein Luft-Luft-Wärmetauscher oder der Verdampfer einer Wärmepumpe. Während der Aufladung des Latentwärmespeichers, z.B. mittels eines durch die Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft initiierten Phasenwechsels im Speichermedium von fest nach flüssig, bei dem Feuchtigkeit am Latentwärmespeicher kondensiert, ist der klassische Wärmetauscher in der Regel ausgeschaltet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass durch einen Luft-Luft-Wärmetauscher keine Kühlluft geleitet wird oder durch den Verdampfer einer Wärmepumpe kein Kältemittel geleitet wird, das durch Verdampfung des Kältemittels Wärme aufnehmen kann. Sobald der Latentwärmespeicher aufgeladen ist und somit die feuchtwarme Prozessluft aus der Trocknungskammer nicht mehr kühlen kann, wird im Allgemeinen die Heizung ausgeschaltet und der Wärmetauscher eingeschaltet. Im Ergebnis wird die feuchtwarme Prozessluft aus der Trocknungskammer im Wärmetauscher unter Kondensation der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit abgekühlt und anschließend beim Durchgang durch den Latentwärmespeicher durch Wärmeaustausch mit diesem wieder erwärmt. Die erwärmte Prozessluft gelangt dann wieder zur Trocknung von feuchter Wäsche in die Trocknungskammer usw. Ist der Latentwärmespeicher entladen, wird die Heizung wieder angeschaltet und der Wärmetauscher ausgeschaltet, um eine erneute Aufladung des Latentwärmespeichers zu ermöglichen. Diese Vorgänge, zusammenfassend als„Zyklus" bezeichnet, wiederholen sich, wobei für einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb des Trockners eine möglichst hohe Zyklenzahl wünschenswert ist. Ein Latentwärmespeicher enthält im Allgemeinen ein Phasenwechsel-Speichermedium (im Folgenden auch als „PCM-Speichermedium" oder abgekürzt als „Speichermedium" bezeichnet), bei dem Wärmeenergie über ihre Verwendung für einen Phasenwechsel (Phasenübergang) des Speichermediums gespeichert wird. Bei der Wärmeaufnahme eines Latentwärmespeichers schmilzt im Allgemeinen bei einem Phasenwechsel das Speichermedium wie z.B. ein Paraffin oder ein Salzhydrat auf. Die größte Speicherdichte liegt im Temperaturbereich des Phasenwechsels. Es ist daher wünschenswert, diesen Temperaturbereich bei Verwendung eines Latentwärmespeichers in einem Trockner rasch zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es vor diesem Hintergrund, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Trockners, insbesondere eines Wäschetrockners, mit einem Latentwärmespeicher bereitzustellen. Vorzugsweise soll eine effizientere und schnellere Aufladung des Latentwärmespeichers erreicht werden können. Aufgabe der Erfindung war es außerdem, ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Trockner bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird nach dieser Erfindung erreicht durch ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners sowie einen hierzu geeigneten Trockner mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Trockners sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen aufgeführt. Bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Trockners und umgekehrt, und dies auch dann, wenn es hierin nicht explizit festgestellt ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor, einer Steuereinrichtung und einem Prozessluftkanal, in dem sich eine Heizung, ein Wärmetauscher, ein Prozessluftgebläse und ein Latentwärmespeicher befinden, wobei:
(a) in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher zu leiten; und (b) nach Aufladung des Latentwärmespeichers zur Einleitung einer Entladungsphase die Heizung abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben wird; und
(c) das Prozessluftgebläse in der Entladungsphase betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2, die größer ist als F1 , durch den Latentwärmespeicher zu leiten.
Die Heizung ist insbesondere eine elektrische Heizung oder eine Gasheizung, wobei eine elektrische Heizung bevorzugt verwendet wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform dieses Verfahrens werden Schritt (a) für einen vorgegebenen Zeitraum Ata und/oder Schritt (b) für einen vorgegebenen Zeitraum Atb durchgeführt, wobei in der Steuereinrichtung ein Zusammenhang zwischen Ata und/oder Atb und einer Beladung der Trocknungskammer mit zu behandelnden Gegenständen und/oder einer Feuchte von zu behandelnden Gegenständen hinterlegt ist. Diese Ausführungsform berücksichtigt den Umstand, dass die Dauer von Aufladung und Entladung des Latentwärmespeichers von dem Trocknungsprozess in der Trocknungskammer abhängen, und damit insbesondere von einer Beladung der Trocknungskammer mit zu trocknenden Gegenständen, z.B. Wäschestücken. Ausgehend von Erfahrungswerten bei Versuchen mit verschiedenen Beladungen, bei denen in einem Trocknungsprozess jeweils der Temperaturverlauf bzw. der Verlauf der Aufladung und Entladung des Latentwärmespeichers in Abhängigkeit von der Zeit verfolgt wurde, kann näherungsweise ein solches zeitlich gesteuertes Verfahren ermittelt, in der Steuereinrichtung hinterlegt und als Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden.
Vorzugsweise wird die Heizung im Schritt (b) nach einer vollständigen Aufladung des Latentwärmespeichers abgeschaltet.„Vollständige Entladung" bedeutet hierbei insbesondere, dass ein Phasenwechsel im Speichermedium vollständig abgeschlossen ist und lediglich eine Abkühlung oder Erwärmung des Speichermediums stattfindet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Latentwärmespeicher mit mindestens einem Temperatursensor versehen, und die Aufladung und/oder die Entladung des Latentwärmespeichers wird durch Temperaturmessungen mit Hilfe des mindestens einen Temperatursensors verfolgt. So hat es sich für den Betrieb eines Kondensationstrockners als vorteilhaft erwiesen, wenn im Prozessluftkanal vor und hinter dem darin befindlichen Latentwärmespeicher jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Die von den beiden Temperatursensoren gemessenen Temperaturen, insbesondere deren Differenz, erlaubt eine Bestimmung des Ladezustands des Latentwärmespeichers. Hierbei bedeutet Ladezustand das Ausmaß des Phasenübergangs vom flüssigen in den festen Zustand im Phasenwechsel-Speichermedium des Latentwärmespeichers. Der Ladezustand ist somit ein Maß für die Fähigkeit des Latentwärmespeichers zur Speicherung von Wärmeenergie. Die Tempera- tursensoren sind vorzugsweise mit einer Steuereinrichtung verbunden, die automatisch eine Abschaltung oder Zuschaltung der Heizung auslösen kann.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Prozessluftgebläse hat vorzugsweise eine Vorzugsdrehrichtung. D.h., dass insbesondere aufgrund der Formgestaltung der Gebläseschaufeln bei gleicher Drehzahl die pro Zeiteinheit beförderte Luftmenge in der einen Drehrichtung des Gebläses größer als in der entgegengesetzten Drehrichtung. Damit lässt sich auf einfache Weise, indem die Drehzahl eines Antriebsmotors nicht geändert werden muss, eine Variation der Luftströmungsgeschwindigkeit F erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist daher das Prozessluftgebläse eine Vorzugsdrehrichtung auf und wird im Schritt (a) entgegen der Vorzugsdrehrichtung und im Schritt (b) in Vorzugsdrehrichtung gedreht.
Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann allerdings auch ein Antriebsmotor mit einer ver- änderlichen Drehzahl eingesetzt werden, so dass durch eine Änderung der Drehzahl eines Antriebsmotors die erfindungsgemäß vorgesehene Variation der Luftströmungsgeschwindigkeit F erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass die Schritte (b) und (c) bis zu einer vorgegebe- nen Entladung, d.h. einem vorgegebenen niedrigen Ladezustand, des Latentwärmespeichers durchgeführt werden und anschließend die Schritte (a) bis (c) mehrmals wiederholt werden. Die Anzahl der Durchführung der Schritte (a) bis (c) ist die Zyklenzahl. Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Zunahme der Zyklenzahl pro Zeiteinheit erreicht wer- den, so dass ein effizienterer Betrieb des Latentwärmespeichers und damit des Trockners realisiert werden kann.
Ein vorgegebener niedriger Ladezustand kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Umstand ausgenutzt wird, dass nach einem beendeten Erstarren des Speichermediums, also nach einem beendeten Phasenübergang, lediglich noch eine Abkühlung des Speichermediums stattfindet. Der vorgegebene niedrige Ladezustand kann somit durch das Erreichen einer vorgegebenen unteren Schwellentemperatur oder einer vorgegebenen Abkühlungsrate realisiert werden.
Entsprechend kann eine vorgegebene Aufladung des Latentwärmespeichers über das Erreichen einer vorgegebenen oberen Schwellentemperatur oder einer vorgegebenen Erwärmungsrate erkannt werden. In der Steuereinrichtung sind dann im Allgemeinen die untere und/oder obere Schwellentemperatur sowie die vorgegebenen Abkühlungsraten und Erwärmungsraten für das Speichermedium hinterlegt.
Vorzugsweise können diese in Abhängigkeit von einem gewünschten Trocknungsverfah- ren variieren.
Es ist zudem bevorzugt, dass mindestens während der Durchführung von Schritt (b) ein Kühlmedium durch den Wärmetauscher durchgeleitet wird. Erfindungsgemäß ist die Art des Wärmetauschers nicht eingeschränkt, so dass das Kühlmedium beispielsweise das Kältemittel einer Wärmepumpe oder Kühlluft eines Luft-Luft-Wärmetauschers sein kann.
Im erfindungsgemäßen Verfahren wird allerdings vorzugsweise ein Luft-Luft-Wärmetauscher eingesetzt, so dass das Kühlmedium vorzugsweise Kühlluft ist. Vorzugsweise ist dann im Wärmetauscher ein Kühlluftkanal vorhanden, durch den Luft, insbesondere aus einem Aufstellraum des Trockners, als Kühlmedium mittels eines Kühlluftgebläses durchgeleitet wird. Hierbei weist das Kühlluftgebläse vorzugsweise eine Vorzugsdrehrichtung auf. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann die Kühlluft derart durch den Kühlluftkanal geleitet, dass das Kühlluftgebläse im Schritt (a) entgegen seiner Vorzugsdrehrichtung und im Schritt (b) in seiner Vorzugsdrehrichtung gedreht wird. Das Kühlluftgebläse kann allerdings alternativ oder in Ergänzung hierzu auch betrieben werden, indem im Schritt (a) dessen Drehzahl geringer ist als im Schritt (b).
Es ist daher bevorzugt, dass ein Antriebsmotor eingesetzt wird, der gleichzeitig den Antrieb des Prozessluftgebläses und eines Kühlluftgebläses in einem Kühlluftkanal des Wärmetauschers, also hier eines Luft-Luft-Wärmetauschers, bewirkt. Im Allgemeinen ist der Trocknungsraum eine Trommel, die von einem elektrischen Antriebsmotor angetrieben wird, wobei der gleiche Motor verwendet werden kann wie er für das Prozessluftgebläse eingesetzt wird oder aber ein separater Motor. in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein so genanntes Einmotoren- konzept realisiert, bei dem Trocknungskammer, Prozessluftgebläse und, sofern vorhanden, ein Kühlluftgebläse mit dem gleichen Antriebsmotor betrieben werden.
Die Art des Antriebsmotors, im Allgemeinen ein elektrischer Antriebsmotor, ist erfindungsgemäß nicht eingeschränkt. Es hat sich jedoch als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn als Antriebsmotor ein BLDC-Motor verwendet wird. Ein BLDC-Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor (Brushless DC Motor), bei dem der sonst übliche mechanische Kommutator mit Bürsten zur Stromanwendung durch eine elektronische Ansteuerschaltung ersetzt ist. Üblicherweise ist bei BLDC-Motoren der Rotor mit Permanent-Magneten realisiert und der feststehende Stator umfasst Spulen, die von einer elektronischen Schaltung zeitlich versetzt angesteuert werden, um ein Drehfeld entstehen zu lassen, welches ein Drehmoment am permanent erregten Rotor erzeugt. Bei BLDC-Motoren besteht die Möglichkeit, die elektronische Kommutierung von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment abhängig zu machen. Dabei werden zum Erfassen der Rotorposition und Drehzahl eine sensorgesteuerte und eine sensorlose Kommutierung herangezogen.
Jedenfalls ermöglicht der Einsatz eines BLDC-Motors als Antriebsmotor auch eine Änderung der Drehzahl auf einfache Weise und insbesondere auch eine hohe Drehzahl. So ist durch die Verwendung eines BLDC-Motors eine bessere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Insbesondere kann eine Drehzahl u)i des Antriebs- motors im Schritt (a) eingestellt werden, die kleiner ist als eine Drehzahl ω2 im Schritt (b). Vorzugsweise ist dabei die Drehzahl u)i um ca. 10 bis 50 % kleiner als die Drehzahl ω2. Außerdem hat sich herausgestellt, dass bei Verwendung eines BLDC-Motors unter ansonsten gleichen Einsatzbedingungen, insbesondere gleiche Drehzahl, eine verglichen mit anderen Elektromotoren höhere Energieeffizienz gegeben ist.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Trockner mit einer Trocknungskammer für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor, einer Steuereinrichtung und einem Prozessluftkanal, in dem sich eine Heizung, ein Wärmetauscher, ein Prozessluftgebläse und ein Latentwärmespeicher befinden, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, um ein Verfahren durchzuführen, bei dem:
(a) in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher zu leiten;
(b) nach Aufladung des Latentwärmespeichers zur Einleitung einer Entladungsphase die Heizung (4) abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben wird; und
(c) das Prozessluftgebläse in der Entladungsphase betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2 > F1 durch den Latentwärmespeicher zu leiten.
Vorzugsweise umfasst der Latentwärmespeicher im erfindungsgemäßen Trockner ein Phasenwechsel-Speichermedium, das mindestens ein anorganisches Salzhydrat und/oder eine organische Verbindung enthält.
Vorzugweise enthält der Trockner im Latentwärmespeicher ein Phasenwechsel-Speichermedium mit einem Phasenübergang vom flüssigen in den festen Zustand im Temperaturbereich von 30 bis 65°C, noch mehr bevorzugt im Temperaturbereich von 35 bis 60°C und ganz besonders bevorzugt im Temperaturbereich von 45 bis 55°C. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das im Trockner eingesetzte Phasenwechsel-Speichermedium ein Salzhydrat, wobei das Salzhydrat vorzugsweise mindestens ein Salz aus der Gruppe, die aus Natriumacetat, Natriumthiosulfat, Magnesiumnitrat, Ammoniumnitrat und Magnesiumchlorid besteht, enthält. Als Zusätze zu ande- ren Salzen können auch Kaliumnitrat und Lithiumnitrat verwendet werden.
Beispiele für geeignete Salzhydrate sind beispielsweise:
- eine Mischung von 58,7 Gew-% Mg(N03)2 6 H20 und 41 ,3 Gew.-% MgCI2 - 6 H20 mit einem Schmelzpunkt von 59°C;
- eine Mischung von 61 ,5 Gew.-% Mg(N03)2 " 6 H20 und 38,5 Gew.-% NH4N03 mit einem Schmelzpunkt von 52°C;
CH3COONa (Natriumacetat) 3 H20 mit einem Schmelzpunkt von 54°C; und Na2S20 (Natriumthiosulfat) 5 H20 mit einem Schmelzpunkt von 48°C.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Speichermedium eine organische Verbindung. Beispiele für geeignete organische Verbindungen oder Mischungen von organischen Verbindungen sind: - Paraffine (Wärmeparaffine) mit unterschiedlichen Schmelzpunkten;
Myristinsäure mit einem Schmelzpunkt von 58°C;
- eine Mischung von 89 Gew.-% Palmitinsäure und 1 1 Gew.-% Acetamid mit einem Schmelzpunkt von 57,2°C;
- eine Mischung von 74,9 Gew.-% Palmitinsäure und 25,1 Gew.-% Propionamid mit einem Schmelzpunkt von 50°C.
Überdies kann als Speichermedium im Latentwärmespeicher auch eine Mischung von organischen und anorganischen Verbindungen verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist eine Mischung von 80 Gew.-% Acetamid und 20 Gew.-% NaN03 mit einem Schmelzpunkt von 59°C.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Trockner, in welchem das Speichermedium organische Verbindungen enthält oder aus diesen besteht. Besonders bevorzugt ist es hierbei, wenn das Speichermedium ein Paraffin enthält. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und damit zur effizienteren Wärmeübertragung kann der Latentwärmespeicher die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Additive aufweisen, z.B. Kohlenstoffnanoröhren, welche dann vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Latentwärmespeichers, insbesondere bezogen auf die Gesamtmasse aus Speichermedium und kohlenstoffhaltigem Zusatzstoff, eingesetzt werden.
Diese Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNTs) sind insbesondere mikrosko- pisch kleine röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoffatomen, die eine wabenartige Struktur mit Sechsecken und jeweils drei Bindungspartnern einnehmen und ein- oder mehrwandig sind. Kohlenstoffnanoröhren haben im Allgemeinen einen Durchmesser von 0,4 nm bis 50 nm und eine Länge von 10 μιη bis 10 mm. Vorzugsweise werden mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren eingesetzt, insbesondere solche mit einem mittleren Durchmesser der Röhren im Bereich von 10 bis 20 nm, vorzugsweise von 13 bis 16 nm. Die für die Verwendung in einem Latentwärmespeicher einsetzbaren Kohlenstoffnanoröhren sind beispielsweise durch die in der US 2009/0134363 A beschriebene Herstellungsmethode herstellbar. Der im erfindungsgemäßen Trockner eingesetzte Latentwärmespeicher weist im Allgemeinen eine Latentwärmespeicherwand auf, die in der Regel das Speichermedium umfasst. Da der Latentwärmespeicher Wärme aufnehmen aber auch abgeben muss, also auch als Wärmetauscher funktioniert, besteht die Latentwärmespeicherwand im Allgemeinen zumindest an dem für einen Wärmeaustausch vorgesehenen Teil aus einem gut wärmeleitenden Material, z.B. einem Metall wie Aluminium oder Kupfer, oder aus einem thermoplastischen Kunststoff, der vorzugsweise mit einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit ausgestattet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trockners umfasst die Latentwärmespeicherwand einen thermoplastischen Kunststoff. Hierbei ist es wiederum bevorzugt, dass in der Latentwärmespeicherwand die Wärmeleitfähigkeit verbessernde Additive enthalten sind. Der thermoplastische Kunststoff ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyolefinen, Olefincopolymerisaten und Styrolcopolymerisaten besteht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Polyolefin Polypropylen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Styrolcopolymerisat ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Latentwärmespeicher außerdem geblähten Graphit, vorzugsweise in einer Menge von höchstens 15 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse von Speichermedium und kohlenstoffhaltigen Zusatzstoffen.
Beispielsweise kann ein Latentwärmespeicher verwendet werden, wie er in der Schrift WO 98/04644 A beschrieben ist, die ein Verfahren bzw. ein System zur Speicherung von Wärme oder Kälte in einem Speicherverbundmaterial, ein derartiges Speicherverbund- material und ein Verfahren zu dessen Herstellung betrifft. Das Speicherverbundmaterial weist ein einen Phasenübergang durchlaufendes Material (PCM) auf, z.B. ein Paraffin, das in einer Matrix aus expandiertem Graphit eingebettet ist.
Die erfindungsgemäß einsetzbaren Speichermedien neigen im Allgemeinen zu einer Unterkühlung. Es kann zwar ein Speichermedium in Form einer unterkühlten Lösung verwendet werden. Vorzugsweise wird aber eine Unterkühlung vermieden. Zu diesem Zweck wird dem Speichermedium häufig ein Keimbildner zugesetzt, wobei dem Fachmann für verschiedene Speichermedien geeignete Keimbildner bekannt sind. In einer Ausführungsform der Erfindung mit einem verbesserten Wärmeaustausch mit dem Speichermedium weist der Latentwärmespeicher des erfindungsgemäßen Trockners in seinem Innern Mittel zur Erzeugung einer Strömung im Speichermedium auf.
Der erfindungsgemäße Trockner ist insbesondere ein Wäschetrockner an sich oder ein Waschtrockner. Ein Waschtrockner ist hierbei ein Kombinationsgerät, das über eine Waschfunktion zum Waschen von Wäsche und über eine Trocknungsfunktion zum Trocknen von feuchter Wäsche verfügt. Die im Latentwärmespeicher durch Abkühlung von erwärmter Kühlluft gespeicherte Wärmeenergie kann zur Erwärmung von Prozessluft im Prozessluftkanal und/oder der Trocknungskammer herangezogen werden. Erfindungsgemäß kann somit auch die Erwärmung der Prozessluft in der Trocknungskammer, d.h. als Ergebnis eines Wärmetausches zwi- sehen Latentwärmespeicher und Trocknungskammer, stattfinden. Hierbei ist es bevorzugt, dass eine Oberfläche des Latentwärmespeichers von der Trocknungskammer maximal 5 cm, vorzugsweise maximal 3 cm und besonders bevorzugt maximal 2 cm beabstandet ist und vorzugsweise konkav ist. Bei dieser Ausführungsform ist es überdies bevorzugt, dass ein Abstand zwischen der konkaven Oberfläche und einer Außenoberflä- che der Trocknungskammer zwischen 0,5 und 5 cm beträgt.
Ein in einem Kondensationstrockner eingesetzter Latentwärmespeicher weist vorzugsweise auf einer dem Prozessluftkanal zugewandten Oberfläche des Latentwärmespeichers Rippen auf. Diese Rippen können der Führung der Prozessluft durch den Latent- Wärmespeicher dienen. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die Rippen mit einem Speichermedium gefüllt sein.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Trockner mit einem Latentwärmespeicher mit einer verbesserten Effizienz betrieben werden kann, indem die Zyklenzahl (Auf- und Entladung des Latentwärmespeichers pro Zeiteinheit) erhöht wird. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass die Erstarrungszeiten und Schmelzzeiten eines eingesetzten Speichermediums kurz eingestellt werden können. In Ausführungsformen der Erfindung kann zudem die Wärmeenergie dadurch besser ausgenutzt werden, dass der Wärmeaustausch zwischen dem Latentwärmespeicher und einer Wärme aufnehmenden oder abgebenden Komponente im Trockner verbessert ist. Dadurch kann sich eine große Oberfläche des Latentwärmespeichers erübrigen, so dass er flexibel an die Raumverhältnisse im Trockner angepasst werden kann. Die höhere Effizienz kann sich somit aus einer hohen Be- und Entladedynamik des Latentwärmespeichers, hohen Lade- und Entladeströmen und hohen Leistungsdichten ergeben.
In Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung stark reduzierte Prozessluftströme und Kühlluftströme in der Aufladungsphase, so dass eine deutliche Verringerung der Aufladungszeit möglich ist. Dadurch können höhere Zykluszeiten realisiert werden. Schließlich können in der Entladungsphase größere Prozessluftströme und Kühlluftströme realisiert werden, so dass eine schnellere Abkühlung und insbesondere Entladung des Latentwärmespeichers realisiert werden kann. Dies führt ebenfalls zu einer Erhöhung der Zyklenzahl pro Zeiteinheit. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Trockner auch eine Anzeigevorrichtung für unterschiedliche Zustände des Trockners auf. Hierzu wird vorzugsweise eine optische Anzeigevorrichtung verwendet. Die Anzeigevorrichtung kann beispielsweise durch Ausgabe eines Textes oder durch Aufleuchten verschiedenfarbiger Leuchtdioden Informationen über den Betrieb des Trockners geben, beispielsweise über eine Aufladungsphase oder eine Entladungsphase des Latentwärmespeichers.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Trockner unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung, in dem ein erfindungsgemä- ßes Verfahren durchgeführt werden kann.
Die Figur zeigt einen senkrecht geschnittenen Trockner, insbesondere Wäschetrockner, gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der ein Latentwärmespeicher im Prozessluftkanal, insbesondere im Umluftkanal anschließend an eine Trocknungskammer und einen Wärmetauscher, angeordnet ist.
Der in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellte Trockner 1 weist eine um eine horizontale Achse drehbare Trommel als Trocknungskammer 2 auf, innerhalb welcher Mitnehmer 15 zur Bewegung von Wäsche während einer Trommeldrehung befestigt sind. Prozessluft wird mittels eines Prozessluftgebläses 6 im Prozessluftkanal 3 über eine elektrische Heizung 4 durch die Trommel 2 geführt. Nach Austritt aus der Trommel 2 wird die mit Feuchtigkeit beladene Prozessluft durch einen als Umluftkanal 24 bezeichneten Teil des Prozessluftkanals geführt. Im Umluftkanal 24 wird die feuchtwarme Prozessluft durch einen Luft-Luft-Wärmetauscher 5 geleitet, wo ein Wärmetausch mit Kühlluft stattfinden kann, wenn die Kühlluft von einem Kühllufteingang 16 bis zu einem Kühlluftausgang 17 fließt. Im Umluftkanal 24 befindet sich außerdem ein Latentwärmespeicher 7 mit einem Phasenwechsel-Speichermedium 8, an dem ebenfalls ein Wärmetausch mit der Prozessluft stattfinden kann. Hierbei entzieht der Latentwärmespeicher 7 der feuchtwarmen Pro- zessluft aus der Trommel 2 in einer Aufladungsphase Wärme. In einer Entladungsphase gibt der Latentwärmespeicher 7 dagegen Wärme an abgekühlte Prozessluft ab.
Die feuchtwarme Prozessluft kühlt jeweils unter Kondensation der in ihr enthaltenen Feuchtigkeit ab und wird wiederum über das Prozessluftgebläse 6 und die elektrische Heizung 4 in die Trocknungskammer 2 geführt, wodurch der Prozessluftkreis geschlossen ist. Die am Luft-Luft-Wärmetauscher 5 und/oder dem Latentwärmespeicher 7 kondensierte Feuchtigkeit wird in einem in der Figur nicht gezeigten Kondensatbehälter aufgefangen.
Die abgekühlte Prozessluft im Umluftkanal 24 gelangt anschließend wieder mittels des Prozessluftgebläses 6 in den Prozessluftkanal 3.
Im Trockner der Figur ist im Luft-Luft-Wärmetauscher 5 ein Kühlluftkanal angeordnet, in dem sich ein Kühlluftgebläse 10 befindet.
Das Kühlluftgebläse 10 weist eine Vorzugsdrehrichtung auf. Die Kühlluft aus dem Aufstell- raum des Trockners wird dann derart durch den Kühlluftkanal 9 geleitet, dass das Kühlluftgebläse 10 im Schritt (a) entgegen seiner Vorzugsdrehrichtung und im Schritt (b) in seiner Vorzugsdrehrichtung gedreht wird.
Es wird als Antriebsmotor 12 bei der hier gezeigten Ausführungsform eines Trockners ein BLDC-Motor eingesetzt, der gleichzeitig den Antrieb des Prozessluftgebläses 6 und des Kühlluftgebläses 10 sowie der Trommel 2 bewirkt.
Zur Trocknung von hier nicht näher gezeigten Wäschestücken in der Trommel 2 wird von der elektrischen Heizung 4 erwärmte Luft von hinten, d.h. von der einer Trocknertür 18 gegenüberliegenden Seite der Trommel 2, durch deren gelochten Boden in die Trommel 2 geleitet, kommt dort mit der zu trocknenden Wäsche in Berührung und strömt durch die Befüllöffnung der Trommel 2 zu einem Flusensieb 19 innerhalb der die Befüllöffnung verschließenden Trocknertür 18. Anschließend wird der Luftstrom in der Trocknertür 18 nach unten umgelenkt. Die Trommel 2 wird bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform am hinteren Boden mittels eines Drehlagers und vorne mittels eines Lagerschildes 20 gelagert, wobei die Trommel 2 mit einer Krempe auf einem Gleitstreifen 21 am Lagerschild 20 aufliegt und so am vorderen Ende gehalten wird. Die Steuerung des Trockners erfolgt über die Steuereinrichtung 22, die vom Benutzer über eine Bedieneinheit 23 geregelt werden kann. Das Phasenwechsel-Speichermedium 8 ist hier ein Paraffin. Das Paraffin kann Wärmenergie durch einen Phasenübergang von fest nach flüssig speichern. Im Speichermedium Paraffin 8 sind als die Leitfähigkeit verbessernder Zusatz mehrwandige Kohlenstoff- nanoröhren mit einem mittleren Röhrendurchmesser von 13 bis 16 nm in einer Menge von 5 Gew.-% dispergiert, bezogen auf die Gesamtmasse von Speichermedium und kohlen- stoffhaltigen Zusatzstoffen. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist nicht gesondert gezeigt ein Anteil an geblähtem Graphit als zweitem kohlenstoffhaltigen Zusatzstoff in einer Menge von 4 Gew.-% bezogen auf das Gesamtmasse von Speichermedium und kohlenstoffhaltigen Zusatzstoffen. Im Latentwärmespeicher 7 ist das Speichermedium 10 von einer Latentwärmespeicherwand 1 1 umgeben, die vorliegend aus einem thermoplas- tischen Kunststoff mit einem Anteil von 5 Gew.-% Kohlenstoffnanoröhren mit einem mittleren Durchmesser der Röhren von 13 bis 16 nm, bezogen auf die gesamte Masse aus thermoplastischem Kunststoff und Kohlenstoffnanoröhren, gebildet ist.
Im Trockner der Figur wird ein Verfahren zum Betrieb eines Trockners 1 durchgeführt, wobei in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher 7 durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer 2 aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse 6 betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher 7 zu leiten. Nach Beendigung des Phasenübergangs im Speichermedium 8 ist der Latentwärmespeicher 7 aufgeladen. Dieser Zustand ist über eine Abnahme der von zwei vor und hinter dem Latentwärmespeicher 7 angeordneten Temperatursensoren, einem ersten Temperatursensor 13 und einem zweiten Temperatursensor 14, gemessenen Temperaturdifferenz feststellbar. Die Temperaturdifferenz wird einer Steuereinrichtung 22 übermittelt, welche sie in Hinblick auf die Aufladung des Latentwärmespeichers 7 auswertet und eine Abschaltung der elektri- sehen Heizung 4 veranlassen kann. Nach Aufladung des Latentwärmespeichers 7 wird somit zur Einleitung einer Entladungsphase die elektrische Heizung 4 abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben. Dabei wird das Prozessluftgebläse 6 so betrieben, dass die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2 größer als F1 durch den Latentwärmespeicher 7 geleitet wird. Die Temperatur der in die Trocknungskammer 2 eintretenden Prozessluft sinkt darauf hin und die Trocknung wird aufgrund der Wärmeübertragung vom Latentwärmespeicher 7 auf die Trocknungskammer 3 auf einem geringeren Temperaturniveau weitergeführt. Der Abstand zwischen der Trocknungskammer 2 und dem Latentwärmespeicher 7 beträgt vorliegend von 5 bis 10 mm.
Bei einer festgestellten Entladung des Latentwärmespeichers 7 (Beendigung des Phasenübergangs im Speichermedium von flüssig nach fest), die ebenfalls durch Auswertung der Temperaturmessungen mittels der beiden Temperatursensoren 13 und 14 festgestellt werden kann, kann die elektrische Heizung 4 wieder angeschaltet werden. Es wird wieder Schritt (a) durchgeführt und die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 kleiner als F2 durch den Latentwärmespeicher geleitet, indem die Drehrichtung von Antriebsmotor 12 umgekehrt wird. Die Temperatur der Prozessluft und der Kühlluft nach Durchgang durch den Luft-Luft-Wärmetauscher 5 steigen, so dass der Latentwärmespeicher 7 wieder aufgeladen wird. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis das Trocknungsverfahren beendet wird. Die Dauer des Trocknungsverfahrens kann vorgegeben sein oder automatisch anhand einer hier nicht näher dargestellten Feuchtemessung ermittelt werden.
Der Trockner der Figur erlaubt überdies die Durchführung eines Verfahrens, bei dem Schritt (a) für einen vorgegebenen Zeitraum Ata und/oder Schritt (b) für einen vorgegebenen Zeitraum Atb durchgeführt werden, wobei in der Steuereinrichtung 22 ein Zusammenhang zwischen Ata und/oder Atb und einer Beladung der Trocknungskammer 2 und/oder einer Feuchte von zu behandelnden Gegenständen hinterlegt ist.
Bezugszeichenliste
1 Trockner, Kondensationstrockner
2 Trocknungskammer, Trommel
3 Prozessluftkanal
4 Heizung, insbesondere elektrische Heizung
5 Wärmetauscher
6 Prozessluftgebläse
7 Latentwärmespeicher
8 Speichermedium, Phasenwechsel-Speichermedium
9 Kühlluftkanal
10 Kühlluftgebläse
1 1 Latentwärmespeicherwand
12 Antriebsmotor, insbesondere BLDC-Motor
13 Erster Temperatursensor
14 Zweiter Temperatursensor
15 (Wäsche)Mitnehmer
16 Kühllufteingang
17 Kühlluftausgang
18 Trocknertür
19 Flusensieb
20 Lagerschild
21 Gleitstreifen
22 Steuereinrichtung
23 Bedieneinheit
24 Umluftkanal
25 Anzeigevorrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum Betrieb eines Trockners (1 ) mit einer Trocknungskammer
(2) für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor (12), einer Steuereinrichtung (22) und einem Prozessluftkanai
(3), in dem sich eine Heizung (4), ein Wärmetauscher (5), ein Prozessluftgebläse (6) und ein Latentwärmespeicher (7j befinden, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher (7) durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer (2) aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse (6) betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher (7) zu leiten; und
(b) nach Aufladung des Latentwärmespeichers (7) zur Einleitung einer Entladungsphase die Heizung (4) abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben wird; und
(c) das Prozessluftgebläse (6) in der Entladungsphase betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2 größer als F1 durch den Latentwärmespeicher (7) zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (a) für einen vorgegebenen Zeitraum Ata und/oder Schritt (b) für einen vorgegebenen Zeitraum Atb durchgeführt werden, wobei in der Steuereinrichtung ein Zusammenhang zwischen Ata und/oder Atb und einer Beladung der Trocknungskammer (2) mit zu trocknenden Gegenständen und/oder einer Feuchte von zu behandelnden Gegenständen hinterlegt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (4) im Schritt (b) nach einer vollständigen Aufladung des Latentwärmespeichers (7) abgeschaltet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (7) mit mindestens einem Temperatursensor (13,14) versehen ist, und die Aufladung des Latentwärmespeichers (7) durch Temperaturmessungen mit Hilfe des mindestens einen Temperatursensors (13,14) verfolgt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessluftgebläse (6) eine Vorzugsdrehrichtung aufweist und im Schritt (a) entgegen seiner Vorzugsdrehrichtung und im Schritt (b) in seiner Vorzugsdrehrichtung gedreht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (b) und (c) bis zu einer vorgegebenen Entladung des Latentwärmespeichers (7) durchgeführt werden und anschließend die Schritte (a) bis (c) mehrmals wiederholt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens während der Durchführung von Schritt (b) ein Kühlmedium durch den Wärmetauscher (5) durchgeleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmetauscher (5) ein Kühlluftkanal (9) vorhanden ist, durch den Luft als Kühlmedium mittels eines Kühlluftgebläses (10), das eine Vorzugsdrehrichtung aufweist, derart durchgeleitet wird, dass das Kühlluftgebläse (10) im Schritt (a) entgegen seiner Vorzugsdrehrichtung und im Schritt (b) in seiner Vorzugsdrehrichtung gedreht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmotor (12) eingesetzt wird, der gleichzeitig den Antrieb des Prozessluftgebläses (6) und eines Kühlluftgebläses (10) in einem Kühlluftkanal (9) des Wärmetauschers (5) bewirkt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsraum (2) eine Trommel ist, die ebenfalls von dem Antriebsmotor (12) angetrieben wird.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsmotor (12) ein BLCD-Motor verwendet wird.
12. Trockner (1 ) mit einer Trocknungskammer (2) für zu trocknende Gegenstände, einem Antriebsmotor (12), einer Steuereinrichtung (22) und einem Prozessluftkanal (3), in dem sich eine Heizung (4), ein Wärmetauscher (5), ein Prozessluftgebläse (6) und ein Latentwärmespeicher (7) befinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (22) ausgestaltet ist, um ein Verfahren durchzuführen, bei dem
(a) in einer Aufladungsphase der Latentwärmespeicher (7) durch Wärmeübertragung von der feuchtwarmen Prozessluft aus der Trocknungskammer (2) aufgeladen wird, während das Prozessluftgebläse (6) betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F1 durch den Latentwärmespeicher (7) zu leiten; und
(b) nach Aufladung des Latentwärmespeichers (7) zur Einleitung einer Entladungsphase die Heizung (4) abgeschaltet oder mit einer gegenüber Schritt (a) verminderten Leistung betrieben wird; und
(c) das Prozessluftgebläse (6) in der Entladungsphase betrieben wird, um die Prozessluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit F2 größer als F1 durch den Latentwärmespeicher (7) zu leiten.
13. Trockner (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (7) ein Phasenwechsel-Speichermedium (8) umfasst, das mindestens ein anorganisches Salzhydrat und/oder eine organische Verbindung enthält.
14. Trockner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechsel- Speichermedium (8) einen Phasenübergang vom flüssigen in den festen Zustand im Temperaturbereich von 30 bis 65°C aufweist.
15. Trockner nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechsel-Speichermedium (8) ein Salzhydrat ist, das mindestens ein Salz aus der Gruppe enthält, die aus Natriumacetat, Natriumthiosulfat, Magnesiumnitrat, Ammoniumnitrat und Magnesiumchlorid besteht.
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