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EP2650426B1 - Kondensationstrockner - Google Patents

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Publication number
EP2650426B1
EP2650426B1 EP13001680.1A EP13001680A EP2650426B1 EP 2650426 B1 EP2650426 B1 EP 2650426B1 EP 13001680 A EP13001680 A EP 13001680A EP 2650426 B1 EP2650426 B1 EP 2650426B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sorption unit
heat exchanger
air
phase
condensation dryer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Not-in-force
Application number
EP13001680.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2650426A3 (de
EP2650426A2 (de
Inventor
Jérôme Grunewald
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Original Assignee
Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG filed Critical Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Publication of EP2650426A2 publication Critical patent/EP2650426A2/de
Publication of EP2650426A3 publication Critical patent/EP2650426A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2650426B1 publication Critical patent/EP2650426B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/20—General details of domestic laundry dryers 
    • D06F58/24—Condensing arrangements
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • 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
    • A47L15/0018—Controlling processes, i.e. processes to control the operation of the machine characterised by the purpose or target of the control
    • A47L15/0021—Regulation of operational steps within the washing processes, e.g. optimisation or improvement of operational steps depending from the detergent nature or from the condition of the crockery
    • A47L15/0034—Drying phases, including dripping-off phases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • 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
    • A47L15/48—Drying arrangements
    • A47L15/481—Drying arrangements by using water absorbent materials, e.g. Zeolith
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/001—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A47—FURNITURE; DOMESTIC ARTICLES OR APPLIANCES; COFFEE MILLS; SPICE MILLS; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L—DOMESTIC WASHING OR CLEANING; SUCTION CLEANERS IN GENERAL
    • A47L2501/00—Output in controlling method of washing or rinsing machines for crockery or tableware, i.e. quantities or components controlled, or actions performed by the controlling device executing the controlling method
    • A47L2501/10—Air circulation, e.g. air intake or venting arrangements
    • 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
    • D06F2103/00—Parameters monitored or detected for the control of domestic laundry washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2103/28—Air properties
    • D06F2103/36—Flow or velocity
    • 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
    • D06F2105/00—Systems or parameters controlled or affected by the control systems of washing machines, washer-dryers or laundry dryers
    • D06F2105/16—Air properties
    • D06F2105/24—Flow or velocity
    • 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
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/02—Domestic laundry dryers having dryer drums rotating about a horizontal axis
    • 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
    • D06F58/00—Domestic laundry dryers
    • D06F58/30—Drying processes 

Definitions

  • the invention relates to a condensation dryer, in particular a tumble dryer, with a heat exchanger for the separation of moisture absorbed in a drying room from an air circuit and a method for operating a condensation dryer.
  • the invention relates to a condensation dryer in which the air is inside the dryer in a largely closed air circuit. In this air cycle, the initially cool process air is heated. This dry-heat process air is directed into a drying room.
  • the drying room is usually designed as a drum. The dry-heat process air is passed through the wet laundry circulated in the drum and absorbs its moisture by evaporation.
  • the moist process air flows from the drying room into a heat exchanger for the separation of moisture absorbed in the drying room from the air circulation.
  • This heat exchanger is usually located under the drum and is sometimes referred to as a capacitor.
  • the heat exchanger has the task to remove moisture from the machine circulation. For this, the warm-moist process air is cooled.
  • a blower coupled to the drum motor conveys cool ambient fresh air through the heat exchanger.
  • the cool fresh air is separated from the closed air cycle of the process air by means of heat-transferring walls.
  • Heat exchangers of this category are also called recuperators.
  • the cool fresh air is usually transverse to the flow the process air passed through the heat exchanger.
  • Such a flow guide is also referred to as a cross-flow heat exchanger.
  • the dew point is undercut and moisture condenses from the process air.
  • the liquid initially collects in a downstream tub.
  • Condensation water is pumped via a cyclically operating pump into a container, which is often located next to the operating unit, and which must be emptied regularly.
  • the cooled process air is warmed up again after the moisture has separated and fed into the drying room.
  • a condensation dryer comprising a zeolite adsorption system
  • the system consists of an adsorber desorber containing zeolite as a solid adsorbent and an evaporator condenser containing water.
  • This zeolite adsorption system is placed after the moisture-precipitating heat exchanger and thus does not improve the efficiency of the heat exchanger.
  • the household appliance comprises a container with water and a sorber in which reversibly dehydratable material, for example zeolite, is arranged.
  • a sorber in which reversibly dehydratable material, for example zeolite, is arranged.
  • an electrical heating element is present, which heats the reversibly dehydratable material if necessary for desorption.
  • the sorber and the container are connected to each other via an exchange line. Both the container and the sorber are located in a closed air circuit of the household appliance.
  • a heat exchanger for the separation of moisture from a process air stream according to the invention is not present in this household appliance.
  • the DE 10 2005 062 942 A1 describes a domestic appliance comprising an adsorption apparatus.
  • the adsorption apparatus has an adsorption vessel which contains a solid adsorbent and a heating device for heating the adsorbent.
  • the adsorption apparatus comprises a phase transfer vessel with a connecting line which connects this to the adsorption vessel and a volatile adsorbate which is adsorbed reversibly by the adsorbent, and also a process air duct, in which the adsorption vessel is designed as a heat exchanger for heating a stream of air flowing in the process air guide and acting on the adsorption vessel.
  • the object of the invention is to improve the separation efficiency of a heat exchanger of a condensation dryer. Due to the higher efficiency of the heat exchanger, the drying time should be reduced. The total energy required for the drying process should also be reduced.
  • the condensation dryer comprises a sorption, which is connectable to a liquid container and, wherein in the gas phase befindaji fluid absorbed in the sorption unit between the liquid container and the sorption aharidstrom is generated, which flows through the heat exchanger.
  • the heat exchanger is not cooled by ambient fresh air but by a fluid flow generated between a liquid container and a sorption unit.
  • fluid is gas, vapor, liquid or a mixture of these substances to understand. This may be a water vapor-air mixture. Particularly favorable is a cooling fluid flow of pure water vapor.
  • the sorption unit comprises a solid compound which can adsorb the fluid.
  • a solid is also referred to as adsorbent.
  • Volatile compounds, such as the fluid that adsorb to the solid, are also referred to as adsorptive.
  • the solid is a zeolite.
  • Zeolites are crystalline aluminosilicates that are found in many modifications in nature, but also produced synthetically.
  • zeolite granulate beds are used in the sorption unit, which, in contrast to the use of zeolite powder, ensures better heat and mass transfer.
  • Sorption is the generic term for adsorption and desorption.
  • Adsorption refers to the accumulation of substances from gases or liquids on the surface of a solid, more generally at the interface between two phases.
  • Desorption refers to the release of the fluid from the solid surface.
  • a connection between the sorption unit and the liquid container is released.
  • a shut-off device can be opened, for example a valve or a slide.
  • the sorption unit and the liquid container are preferably connected to at least one hermetically sealed passage passing through the heat exchanger leads.
  • the hermetically sealed passages may be one or more conduits, one or more conduits, or one or more conduits, for example.
  • the container may be made of different materials and have different shapes. Also, the liquid in the container may be stored in a medium, such as a porous solid, such as a sponge.
  • Liquid molecules of the liquid in the container also accumulate in the gas phase over the liquid phase.
  • the liquid container and the sorption unit are connected with passages.
  • This is preferably a closed system.
  • this system is largely free of air.
  • the system of air can be evacuated during the production of the condensation dryer.
  • a liquid is particularly suitable water.
  • pure water vapor is present as the fluid in the gas phase.
  • the liquid cools down. This creates a cold fluid flow that flows from the liquid container to the sorption unit. According to the invention, this cooling fluid flow is passed through the heat exchanger.
  • the heat exchanger is flowed through by a, compared to ambient air, cooler fluid flow. The increased cooling condenses a higher proportion of moisture from the air circulation.
  • the heat exchanger has a higher separation efficiency than the prior art. This reduces the drying time as the drier air can absorb more moisture from the laundry per cycle.
  • the sorption unit heats up during this first phase. This heat is used in the heating of the air flow in the air circuit.
  • the sorption unit is at least partially embedded in the air circuit.
  • the sorption unit is flowed around by the process air of the air circuit, so that heat is transferred from the heated sorption to the air circuit.
  • the sorption unit can already be flowed around during the adsorption phase of air. This is particularly favorable because the lower the temperature of the adsorbent, the higher its uptake capacity for the fluid.
  • first the adsorption phase is carried out and only after the adsorption phase is air circulated around the sorption unit.
  • the sorption unit is at least partially embedded in a passage of a fresh air flow.
  • a fresh air stream flows over the sorption unit and heats up yourself. Subsequently, this fresh air stream releases the absorbed heat via a heat exchanger to the air circuit.
  • the sorption unit and the liquid container are connected to at least one further hermetically sealed passage, which does not lead through the heat exchanger. Through this passage, desorbed fluid is returned to the fluid container during a second phase of operation.
  • the sorption unit comprises a heating device. If the solid bed in the sorption unit saturated, the heater is turned on. It begins the desorption phase. The fluid is released from the solid again. The dissolved fluid vapor is returned through the second passage in the liquid container and condenses there. Passages can be designed as one or more pipes or as one or more hoses or as channels.
  • the condensation dryer comprises a passage for a fresh air flow, in which the liquid container is at least partially embedded. During and / or after the second phase, a fresh air stream flows over the liquid container and heats up. He then transfers the heat via a heat exchanger to the air circulation of the condensation dryer.
  • Fresh air preferably already flows over the liquid container during the desorption phase. It is also possible that fresh air continues to flow over the liquid container after the desorption phase.
  • a third phase follows the desorption phase, during which the connections between the sorption unit and the liquid container are closed and a fresh air stream is passed over the sorption unit and / or the liquid container and the absorbed heat is thereafter transferred to the air circuit via a heat exchanger ,
  • the switching on and off of the fresh air streams takes place in the method according to the invention on the basis of process data, which are detected by a control.
  • the device is preferably equipped with temperature sensors, which are connected to a control and / or control device. This switches the individual fans depending on the temperature data.
  • the transfer of heat from the respective fresh air flows to the air circuit can be done by means of one or more components.
  • the components may be, for example, heat exchangers.
  • the cooling process of the moisture-precipitation heat exchanger with a plurality of sorption units is carried out continuously. While a sorption unit is operated in adsorption mode, the second sorption unit operates in desorption mode. After that you change.
  • Fig. 1 shows a condensation dryer with a drying room 1.
  • the drying room 1 is a rotatable drum.
  • the drum rotates about a horizontal axis.
  • Drivers are mounted within the drum for movement of the laundry during drum rotation.
  • the warm, dry process air flows through the wet laundry and loads with moisture.
  • the moist process air stream flows through a heat exchanger 2.
  • the process air flows in an air circuit 3.
  • the heat exchanger 2 is a cross-flow heat exchanger. It can be used a conventional heat exchanger from a conventional condensation dryer. It proves to be particularly advantageous if, compared to a conventional heat exchanger, a heat exchanger with a larger surface is used to condense the moisture from the air circuit 3.
  • a lint filter is arranged before the heat exchanger 2.
  • the moist process air of the air circuit 3 flows through the heat exchanger 2.
  • moisture is separated from the process air.
  • the heat exchanger 2 is flowed through by a cooling fluid flow 4.
  • the cooling fluid flow 4 is in the embodiment of cold water vapor.
  • the cooling fluid flow is spatially separated from the process air flow in the heat exchanger 2.
  • the cooling fluid flow 4 is generated by means of a sorption unit 5, wherein fluid in the gas phase is adsorbed in the sorption unit 5.
  • the sorption unit 5 comprises a bed of solid adsorption material. In this case, a zeolitic adsorption material is used.
  • a shut-off device 6 is opened. The shut-off device 6 is a valve.
  • a liquid container 7 is water.
  • the liquid container 7 is connected to the sorption unit 5 via a hermetically sealed passage 8.
  • the passage 8 divides into several channels.
  • the channels for the fluid flow are perpendicular to channels through which process air of the air circuit 3 flows.
  • the cooling fluid stream 4 After flowing through the heat exchanger 2, the cooling fluid stream 4 enters the sorption unit 5 and is adsorbed there on the Zeolith thoroughlyung. The adsorption of the water vapor on the zeolitic solid material heats the sorption unit 5.
  • the sorption unit 5 is embedded in a passage 9 and is overflowed by a fresh air stream 10.
  • Passage 9 is an air duct.
  • the fresh air stream 10 is conveyed by means of a blower 11.
  • the fresh air flow 10 absorbs the heat released during the adsorption and transfers it to the process air of the air circuit 3 by means of a heat exchanger 12.
  • the heat exchanger 2 Due to the cold water vapor, the heat exchanger 2 is cooled significantly more than in a conventional air-air operation. As a result, the degree of separation of humidity in the heat exchanger 2 is increased.
  • the process air flows first through the heat exchanger 12 and then through a multi-stage electric heater 13.
  • the heater 13 should be constructed in several stages, so depending on the operating state, only the missing energy can be added to the process air flow, before this again flows into the drying room 1.
  • the multi-stage heater 13 heats the process air flow again before it enters the drying room 1 again. Since due to the higher degree of separation in the heat exchanger 2, the process air flow in the device according to the invention has a lower relative humidity, it can flow through the laundry in the Drying room 1 absorb more moisture. Thus, the drying time decreases compared to conventional condensation dryers.
  • the process air flow in the air circuit 3 is maintained by means of a blower 14.
  • shut-off device 6 is closed and the fan 11 is turned off.
  • a further shut-off device 15 is opened.
  • This further shut-off device 15 is also a valve in the exemplary embodiment.
  • the sorption unit 5 and the liquid container 7 are connected to another hermetically sealed passage 16 which does not pass through the heat exchanger 2.
  • a heater 17 is activated, which is part of the sorption unit 5.
  • the heater 17 heats the zeolitic material and the fluid is desorbed.
  • the desorbed water vapor flows through the passage 16 into the liquid container 7 and condenses there. This condensation heat is released.
  • a further fresh air stream 18 is conveyed, which flows past the liquid container 7 and absorbs the released heat of condensation.
  • the liquid container 7 is embedded in a further passage 19.
  • Passage 19 is an air duct.
  • the heated fresh air stream 18 flows via the heat exchanger 12. It transfers the heat to the process air stream of the air circuit 3. After transferring the heat to the process air stream, the fresh air stream 18 leaves the condensation dryer.
  • the valve 15 is closed again and a fresh air stream 10 is passed through the sorption unit 5.
  • a cooling phase during which the sorption unit 5 and / or the liquid container are cooled by fresh air streams 10 and / or 18.
  • the heated fresh air streams 10, 18 transmit heat via the component 12 designed as a heat exchanger to the process air stream of the air circuit 3 and leave the condensation dryer.
  • FIG. 2 shows a variant in which the sorption unit 5 is embedded in the air circuit 3 of the process air stream.
  • the sorption unit 5 gives off heat to the process air stream, which flows around the sorption unit 5 and is conveyed by means of the blower 14.
  • a cycle includes a first and a second phase. During a drying process several cycles are passed.
  • the cooling process of the heat exchanger 2 with a plurality of sorption units 5 will be carried out continuously. While a sorption unit 5 is operated in the adsorption mode, the second sorption unit 5 operates in the desorption mode. After that you change.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner, insbesondere einen Wäschetrockner, mit einem Wärmetauscher zur Abscheidung von in einem Trocknungsraum aufgenommener Feuchte aus einem Luftkreislauf und ein Verfahren zum Betrieb eines Kondensationstrockners.
  • Bei Wäschetrocknern unterscheidet man Ablufttrockner, welche die feuchte Luft ins Freie führen und Kondensationstrockner. Die Erfindung betrifft einen Kondensationstrockner, bei dem sich die Luft innerhalb des Trockners in einem weitgehend geschlossenen Luftkreislauf befindet. In diesem Luftkreislauf wird die zunächst kühle Prozessluft erwärmt. Diese trockenwarme Prozessluft wird in einen Trocknungsraum geleitet. Der Trocknungsraum ist meist als Trommel ausgeführt. Die trockenwarme Prozessluft wird durch die in der Trommel umgewälzte feuchte Wäsche geleitet und nimmt durch Verdunstung deren Feuchte auf.
  • Die feuchte Prozessluft strömt von dem Trocknungsraum in einen Wärmetauscher zur Abscheidung von in dem Trocknungsraum aufgenommener Feuchte aus dem Luftkreislauf. Dieser Wärmetauscher ist meist unter der Trommel angeordnet und wird gelegentlich auch als Kondensator bezeichnet. Der Wärmetauscher hat die Aufgabe, Feuchtigkeit aus der Maschinenumluft zu entfernen. Dazu wird die warmfeuchte Prozessluft abgekühlt.
  • Bei herkömmlichen Kondensationstrocknern fördert ein mit dem Trommelmotor gekoppeltes Gebläse dazu kühle Umgebungs-Frischluft durch den Wärmetauscher. Die kühle Frischluft ist von dem geschlossenen Luftkreislauf der Prozessluft mittels wärmeübertragender Wände getrennt. Wärmetauscher dieser Kategorie bezeichnet man auch als Rekuperatoren. Die kühle Frischluft wird in der Regel quer zur Strömung der Prozessluft durch den Wärmetauscher geleitet. Eine solche Strömungsführung wird auch als Kreuzstrom-Wärmetauscher bezeichnet.
  • Im Wärmetauscher wird der Taupunkt unterschritten und Feuchte kondensiert aus der Prozessluft. Die Flüssigkeit sammelt sich zunächst in einer nachgeschalteten Wanne. Es wird das Kondenswasser über eine zyklisch arbeitende Pumpe in einen häufig neben der Bedieneinheit angebrachten Behälter gefördert, der regelmäßig zu entleeren ist. Die abgekühlte Prozessluft wird nach dem Abscheiden der Feuchtigkeit wieder aufgewärmt und in den Trocknungsraum geführt.
  • In der DE 695 25 350 T2 wird ein Kondensationstrockner beschrieben, der ein Zeolith-Adsorptionssystem aufweist. Das System besteht aus einem Adsorber-Desorber, der Zeolith als festes Adsorptionsmittel enthält und aus einem Verdampfer-Kondensator, der Wasser enthält. Dieses Zeolith-Adsorptionssystem ist nach dem Feuchtigkeits-Abscheide-Wärmetauscher angeordnet und führt somit nicht zur einer Verbesserung der Effizienz des Wärmetauschers.
  • In der DE 103 56 786 A1 wird ein Verfahren zum Trocknen in einem Haushaltsgerät beschrieben. Das Haushaltsgerät umfasst einen Behälter mit Wasser und einen Sorber, in dem reversibel dehydrierbares Material, zum Beispiel Zeolith, angeordnet ist. Im Sorber ist ein elektrisches Heizelement vorhanden, welches das reversibel dehydrierbare Material bei Bedarf zur Desorption erhitzt. Der Sorber und der Behälter sind über eine Austauschleitung miteinander verbunden. Sowohl der Behälter als auch der Sorber befinden sich in einem geschlossenen Luftkreislauf des Haushaltsgerätes. Einen Wärmetauscher zur Abscheidung von Feuchtigkeit aus einem Prozessluftstrom im Sinne der Erfindung ist bei diesem Haushaltsgerät nicht vorhanden.
  • Die DE 10 2005 062 942 A1 beschreibt ein Hausgerät, das einen Adsorptionsapparat umfasst. Der Adsorptionsapparat weist ein Adsorptionsgefäß auf, welches ein festes Adsorbens sowie eine Heizeinrichtung zur Beheizung des Adsorbens enthält. Weiterhin umfasst der Adsorptionsapparat ein Phasenübergangsgefäß mit einer dieses mit dem Adsorptionsgefäß verbindenden Verbindungsleitung und ein flüchtiges, von dem Adsorbens reversibel adsorbierbares Adsorptiv enthält, sowie eine Prozessluftführung, in welcher das Adsorptionsgefäß als Wärmetauscher zur Erwärmung eines in der Prozessluftführung strömenden und das Adsorptionsgefäß beaufschlagenden Luftstroms ausgebildet ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Abscheidewirkungsgrad eines Wärmetauschers eines Kondensationstrockners zu verbessern. Durch die höhere Effizienz des Wärmetauschers soll die Trocknungszeit reduziert werden. Auch die für den Trocknungsvorgang benötigte Gesamtenergie soll verringert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kondensationstrockner eine Sorptionseinheit umfasst, die mit einem Flüssigkeitsbehälter verbindbar ist und, wobei in der Gasphase befindlicher Fluid in der Sorptionseinheit absorbiert zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der Sorptionseinheit ein Kühlfluidstrom erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher strömt.
  • Erfindungsgemäß wird der Wärmetauscher nicht durch Umgebungs-Frischluft gekühlt, sondern durch einen Fluidstrom, der zwischen einem Flüssigkeitsbehälter und einer Sorptionseinheit erzeugt wird. Unter dem Begriff "Fluid" ist Gas, Dampf, Flüssigkeit oder ein Gemisch dieser Stoffe zu verstehen. Dabei kann es sich um ein Wasserdampf-Luftgemisch handeln. Als besonders günstig erweist sich ein Kühlfluidstrom aus reinem Wasserdampf.
  • Die Sorptionseinheit umfasst eine feste Stoffverbindung, die das Fluid adsorbieren kann. Ein solcher Feststoff wird auch als Adsorbens bezeichnet. Flüchtige Stoffverbindungen, wie beispielsweise das Fluid, die an dem Feststoff adsorbieren, werden auch als Adsorptiv bezeichnet.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Feststoff um einen Zeolith. Zeolithe sind kristalline Alumosilikate, die in zahlreichen Modifikationen in der Natur vorkommen, aber auch synthetisch hergestellt werden. Insbesondere werden in der Sorptionseinheit Zeolithgranulatschüttungen eingesetzt, die im Gegensatz zum Einsatz von Zeolithpulver einen besseren Wärme- und Stofftransport gewährleisten.
  • Sorption ist der Oberbegriff für Adsorption und Desorption. Als Adsorption bezeichnet man die Anreicherung von Stoffen aus Gasen oder Flüssigkeiten an der Oberfläche eines Festkörpers, allgemeiner an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen. Als Desorption wird die Loslösung des Fluids von der Festkörperoberfläche bezeichnet.
  • Zur Erzeugung des Kühlfluidstroms durch den Wärmetauscher wird eine Verbindung zwischen der Sorptionseinheit und dem Flüssigkeitsbehälter freigegeben. Dazu kann eine Absperrvorrichtung geöffnet werden, beispielsweise ein Ventil oder ein Schieber. Die Sorptionseinheit und der Flüssigkeitsbehälter sind vorzugsweise mit mindestens einer hermetisch geschlossenen Passage verbunden, die durch den Wärmetauscher führt. Bei den hermetisch geschlossenen Passagen kann es sich um eine oder mehrere Rohrleitungen, um einen oder mehrere Schläuche oder beispielsweise um einen oder mehrere Kanäle handeln.
  • Der Behälter kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen und unterschiedliche Formen aufweisen. Auch kann die Flüssigkeit in dem Behälter in einem Medium, beispielsweise einem porösen Festkörper, etwa einem Schwamm, gespeichert sein.
  • Flüssigkeitsmoleküle der Flüssigkeit im Behälter reichern sich auch in der Gasphase über der Flüssigphase an.
  • Der Flüssigkeitsbehälter und die Sorptionseinheit sind mit Passagen verbunden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein geschlossenes System. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist dieses System weitestgehend luftfrei. Dazu kann bei der Produktion des Kondensationstrockners das System von Luft evakuiert werden.
  • Im Ausgangszustand sind die Passagen zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der Sorptionseinheit zunächst geschlossen.
  • Über der Flüssigkeit im Behälter befindet sich keine Luft. Der Raum über der Flüssigkeit wird von Flüssigkeitsteilchen ausgefüllt, die von der Flüssigphase in die Gasphase übertreten. Es stellt sich sich ein Gleichgewicht ein. Der Druck, der dann im Gasraum herrscht, ist der Dampfdruck der Flüssigkeit.
  • Als Flüssigkeit eignet sich insbesondere Wasser. Somit ist bei dem geschlossenen Behälter-Sorptionssystem vorzugsweise reiner Wasserdampf als Fluid in der Gasphase vorhanden.
  • Nach Freigabe der Verbindung zwischen der Sorptionseinheit und dem Flüssigkeitsbehälter wird in der Gasphase befindliches Fluid an dem Feststoff in der Sorptionseinheit adsorbiert. Somit sinkt nach dem Öffnen der Absperrvorrichtung der Druck im Flüssigkeitsbehälter und Flüssigkeit verdampft.
  • Aufgrund der zur Verdampfung notwendigen Verdampfungswärme kühlt sich dabei die Flüssigkeit ab. Somit entsteht ein kalter Fluidstrom, der vom Flüssigkeitsbehälter zur Sorptionseinheit fließt. Erfindungsgemäß wird dieser Kühlfluidstrom durch den Wärmetauscher geleitet. Gegenüber herkömmlichen Verfahren wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Wärmetauscher von einem, gegenüber Umgebungsluft, kühleren Fluidstrom durchströmt. Durch die stärkere Kühlung kondensiert ein höherer Anteil an Feuchte aus dem Luftkreislauf aus. Der Wärmetauscher weist gegenüber dem Stand der Technik einen höheren AbscheideWirkungsgrad auf. Dadurch wird die Trocknungszeit reduziert, da die trockenere Luft pro Umlauf mehr Feuchtigkeit aus der Wäsche aufnehmen kann.
  • Durch die Adsorption des Fluids erwärmt sich während dieser ersten Phase die Sorptionseinheit. Diese Wärme wird bei der Aufheizung des Luftstroms im Luftkreislauf genutzt.
  • Bei einer Variante der Erfindung ist die Sorptionseinheit dazu zumindest teilweise im Luftkreislauf eingebettet. Die Sorptionseinheit wird von der Prozessluft des Luftkreislaufs umströmt, so dass Wärme von der erhitzten Sorptionseinheit auf den Luftkreislauf übertragen wird.
  • Dabei kann die Sorptionseinheit bereits während der Adsorptionsphase von Luft umströmt werden. Dies ist besonders günstig, da je niedriger die Temperatur des Adsorbens ist, desto höher dessen Aufnahmekapazität für das Fluid ist.
  • Es ist auch möglich, dass auch noch nach Abschluss der Adsorptionsphase weiter Prozessluft des Luftkreislaufs über die Sorptionseinheit strömt.
  • Bei einer anderen Variante wird zunächst die Adsorptionsphase durchgeführt und erst nach der Adsorptionsphase wird die Sorptionseinheit von Luft umströmt.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Sorptionseinheit zumindest teilweise in eine Passage einer Frischluftströmung eingebettet. Während und/oder nach der Adsorptionsphase strömt ein Frischluftstrom über die Sorptionseinheit und erwärmt sich. Anschließend gibt dieser Frischluftstrom die aufgenommene Wärme über einen Wärmeüberträger an den Luftkreislauf ab.
  • Bei einer günstigen Variante der Erfindung sind die Sorptionseinheit und der Flüssigkeitsbehälter mit mindestens einer weiteren hermetisch geschlossenen Passage verbunden, die nicht durch den Wärmetauscher führt. Durch diese Passage wird während einer zweiten Phase des Betriebs desorbiertes Fluid in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt.
  • Vor Beginn dieser zweiten Phase wird die Verbindung zwischen Sorptionseinheit und Behälter, die durch den Wärmetauscher führt, geschlossen. Anschließend wird die zweite Verbindung zwischen der Sorptionseinheit und dem Flüssigkeitsbehälter, die nicht durch den Wärmetauscher führt, freigegeben.
  • Die Sorptionseinheit umfasst eine Heizvorrichtung. Ist die Festkörperschüttung in der Sorptionseinheit gesättigt wird die Heizvorrichtung eingeschaltet. Es beginnt die Desorptionsphase. Das Fluid wird von dem Festkörper wieder abgelöst. Der gelöste Fluiddampf wird durch die zweite Passage in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeleitet und kondensiert dort. Passagen können als eine oder mehrere Rohrleitungen bzw. als eine oder mehrere Schläuche oder als Kanäle ausgeführt sein.
  • Durch die Kondensation des Fluiddampfes im Flüssigkeitsbehälter wird Kondensationswärme frei. Um diese Kondensationswärme zu nutzen, erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Kondensationstrockner eine Passage für eine Frischluftströmung umfasst, in welcher der Flüssigkeitsbehälter zumindest teilweise eingebettet ist. Während und/oder nach der zweiten Phase strömt ein Frischluftstrom über den Flüssigkeitsbehälter und erwärmt sich dabei. Anschließend gibt er die Wärme über einen Wärmeüberträger an den Luftkreislauf des Kondensationstrockners ab.
  • Vorzugsweise strömt bereits während der Desorptionsphase Frischluft über den Flüssigkeitsbehälter. Es ist auch möglich, dass noch nach der Desorptionsphase weiter Frischluft über den Flüssigkeitsbehälter strömt.
  • Bei einer alternativen Verfahrensvariante schließt sich an die Desorptionsphase eine dritte Phase an, während der die Verbindungen zwischen Sorptionseinheit und Flüssigkeitsbehälter geschlossen sind und ein Frischluftstrom über die Sorptionseinheit und/oder den Flüssigkeitsbehälter geleitet wird und die aufgenommene Wärme danach an den Luftkreislauf über einen Wärmetauscher übertragen wird.
  • Das An- und Abschalten der Frischluftströme erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund von Prozessdaten, die von einer Regelung erfasst werden. Dazu ist die Vorrichtung vorzugsweise mit Temperatursensoren ausgestattet, die mit einer Regel- und/oder Steuereinrichtung in Verbindung stehen. Diese schaltet in Abhängigkeit der Temperaturdaten die einzelnen Gebläse.
  • Durch die oben beschriebenen Formen der Energierückgewinnung wird die zur Trocknung benötigte Gesamtenergie des erfindungsgemäßen Kondensationstrockners reduziert.
  • Die Übertragung von Wärme aus den jeweiligen Frischluftströmungen auf den Luftkreislauf kann mittels eines oder mehrerer Bauteile erfolgen. Bei den Bauteilen kann es sich beispielsweise um Wärmeübertrager handeln.
  • Bei einer Variante der Erfindung wird der Kühlprozess des Feuchtigkeits-Abscheide-Wärmetauschers mit mehreren Sorptionseinheiten kontinuierlich durchgeführt. Während eine Sorptionseinheit im Adsorptionsmodus betrieben wird, arbeitet die zweite Sorptionseinheit im Desorptionsmodus. Danach wird gewechselt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen und aus den Zeichnungen selbst.
  • Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine Variante, bei der die Sorptionseinheit in einer Frischluftpassage angeordnet ist,
    Fig. 2
    eine Variante, bei der die Sorptionseinheit im Luftkreislauf angeordnet ist.
  • Fig. 1 zeigt einen Kondensationstrockner mit einem Trocknungsraum 1. Bei dem Trocknungsraum 1 handelt es sich um eine drehbare Trommel. Die Trommel dreht sich um eine horizontale Achse. Innerhalb der Trommel sind Mitnehmer zur Bewegung der Wäsche während der Trommeldrehung befestigt.
  • Die warme, trockene Prozessluft strömt durch die feuchte Wäsche und belädt sich mit Feuchtigkeit. Der feuchte Prozessluftstrom strömt über einen Wärmetauscher 2. Die Prozessluft strömt in einem Luftkreislauf 3.
  • Bei dem Wärmetauscher 2 handelt es sich um einen Kreuzstrom-Wärmetauscher. Es kann ein herkömmlicher Wärmetauscher aus einem konventionellen Kondensationstrockner eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn im Vergleich zu einem konventionellen Wärmetauscher ein Wärmetauscher mit einer größeren Oberfläche zur Kondensation der Feuchtigkeit aus dem Luftkreislauf 3 eingesetzt wird.
  • Vor dem Wärmetauscher 2 ist ein Flusensieb angeordnet. Die feuchte Prozessluft des Luftkreislaufs 3 strömt durch den Wärmetauscher 2. Dabei wird Feuchte aus der Prozessluft abgeschieden. Erfindungsgemäß wird der Wärmetauscher 2 von einem Kühlfluidstrom 4 durchströmt. Bei dem Kühlfluidstrom 4 handelt es sich bei dem Ausführungsbeispiel um kalten Wasserdampf. Der Kühlfluidstrom ist im Wärmetauscher 2 räumlich getrennt von dem Prozessluftstrom.
  • Der Kühlfluidstrom 4 wird mittels einer Sorptionseinheit 5 erzeugt, wobei in der Gasphase befindliches Fluid in der Sorptionseinheit 5 adsorbiert. In dem Ausführungsbeispiel umfasst die Sorptionseinheit 5 eine Schüttung aus festem Adsorptionsmaterial. Dabei wird ein zeolithisches Adsorptionsmaterial eingesetzt. Zu Beginn einer ersten Betriebsphase wird eine Absperrvorrichtung 6 geöffnet. Bei der Absperrvorrichtung 6 handelt es sich um ein Ventil.
  • In einem Flüssigkeitsbehälter 7 befindet sich Wasser. Der Flüssigkeitsbehälter 7 ist mit der Sorptionseinheit 5 über eine hermetisch geschlossene Passage 8 verbunden.
  • Im Wärmetauscher 2 teilt sich die Passage 8 in mehrere Kanäle auf. Die Kanäle für den Fluidstrom verlaufen senkrecht zu Kanälen, durch die Prozessluft des Luftkreislaufs 3 strömt.
  • Nach Durchströmen des Wärmetauschers 2 gelangt der Kühlfluidstrom 4 in die Sorptionseinheit 5 und wird dort an der Zeolithschüttung adsorbiert. Durch die Adsorption des Wasserdampfes am zeolithischen Feststoffmaterial erwärmt sich die Sorptionseinheit 5.
  • Die Sorptionseinheit 5 ist in eine Passage 9 eingebettet und wird von einem Frischluftstrom 10 überströmt. Bei der Passage 9 handelt es sich um einen Luftkanal. Der Frischluftstrom 10 wird mittels eines Gebläses 11 gefördert.
  • Beim Umströmen der Sorptionseinheit 5 nimmt der Frischluftstrom 10 die bei der Adsorption freigewordene Wärme auf und überträgt diese mittels eines Wärmeübertragers 12 an die Prozessluft des Luftkreislaufs 3.
  • Durch den kalten Wasserdampf wird der Wärmetauscher 2 deutlich stärker abgekühlt als bei einem herkömmlichen Luft-Luft-Betrieb. Dadurch wird der Abscheidegrad an Luftfeuchtigkeit im Wärmetauscher 2 gesteigert.
  • Nach dem Wärmetauscher 2 strömt die Prozessluft zunächst durch den Wärmeübertrager 12 und anschließend durch eine mehrstufige elektrische Heizung 13. Aus energetischen Gründen sollte die Heizung 13 mehrstufig aufgebaut sein, sodass je nach Betriebszustand nur noch die fehlende Energie dem Prozessluftstrom hinzugeführt werden kann, bevor dieser wieder in den Trocknungsraum 1 strömt.
  • Die mehrstufige Heizung 13 heizt den Prozessluftstrom erneut auf, bevor er wieder in den Trocknungsraum 1 eintritt. Da aufgrund des höheren Abscheidungsgrades im Wärmetauscher 2, der Prozessluftstrom bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine geringere relative Feuchte hat, kann er beim Durchströmen der Wäsche im Trocknungsraum 1 mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Somit sinkt die Trocknungszeit gegenüber herkömmlichen Kondensations-Wäschetrocknern.
  • Der Prozessluftstrom im Luftkreislauf 3 wird mittels eines Gebläses 14 aufrechterhalten.
  • Während einer zweiten Betriebsphase ist die Absperrvorrichtung 6 geschlossen und das Gebläse 11 ausgeschaltet. Zu Beginn der zweiten Betriebsphase wird eine weitere Absperrvorrichtung 15 geöffnet. Bei dieser weiteren Absperrvorrichtung 15 handelt es sich im Ausführungsbeispiel ebenfalls um ein Ventil.
  • Die Sorptionseinheit 5 und der Flüssigkeitsbehälter 7 sind mit einer weiteren hermetisch geschlossenen Passage 16 verbunden, die nicht durch den Wärmetauscher 2 führt. Nach Freigabe der weiteren Passage 16 wird eine Heizung 17 aktiviert, die Teil der Sorptionseinheit 5 ist. Die Heizung 17 erwärmt das zeolithische Material und das Fluid wird desorbiert. Der desorbierte Wasserdampf strömt durch die Passage 16 in den Flüssigkeitsbehälter 7 und kondensiert dort. Dabei wird Kondensationswärme frei.
  • Mittels eines Gebläses 18 wird ein weiterer Frischluftstrom 18 gefördert, der an dem Flüssigkeitsbehälter 7 vorbeiströmt und die frei werdende Kondensationswärme aufnimmt. Dazu ist der Flüssigkeitsbehälter 7 in eine weitere Passage 19 eingebettet. Bei der Passage 19 handelt es sich um einen Luftkanal. Der erwärmte Frischluftstrom 18 strömt über den Wärmeübertrager 12. Er überträgt die Wärme auf den Prozessluftstrom des Luftkreislaufs 3. Nach Übertragung der Wärme auf den Prozessluftstrom verlässt der Frischluftstrom 18 den Kondensationstrockner.
  • Nach der Desorptionsphase wird das Ventil 15 wieder geschlossen und ein Frischluftstrom 10 über die Sorptionseinheit 5 geführt. Es kann eine Abkühlphase erfolgen, während der die Sorptionseinheit 5 und/oder der Flüssigkeitsbehälter durch Frischluftströme 10 und/oder 18 gekühlt werden. Die erwärmten Frischluftströme 10,18 übertragen Wärme über das als Wärmeübertrager ausgeführte Bauteil 12 an den Prozessluftstrom des Luftkreislaufs 3 und verlassen den Kondensationstrockner.
  • Figur 2 zeigt eine Variante, bei der die Sorptionseinheit 5 im Luftkreislauf 3 des Prozessluftstroms eingebettet ist. Sowohl während der ersten Betriebsphase, der Adsorptionsphase, als auch während der zweiten Betriebsphase, der Desorptionsphase, gibt die Sorptionseinheit 5 Wärme an den Prozessluftstrom ab, welcher die Sorptionseinheit 5 umströmt und mittels des Gebläses 14 gefördert wird.
  • Der Frischluftstrom 18, der die Kondensationswärme vom Behälter 7 während der zweiten Betriebsphase aufnimmt, überträgt seine Wärme mittels eines Wärmeüberträgers 20 an den Prozessluftstrom.
  • Ein Zyklus umfasst eine erste und eine zweite Phase. Während eines Trocknungsvorganges werden mehrere Zyklen durchlaufen.
  • Bei einer nicht als Zeichnung dargestellten Variante der Erfindung wird der Kühlprozess des Wärmetauschers 2 mit mehreren Sorptionseinheiten 5 kontinuierlich durchgeführt werden. Während eine Sorptionseinheit 5 im Adsorptionsmodus betrieben wird, arbeitet die zweite Sorptionseinheit 5 im Desorptionsmodus. Danach wird gewechselt.

Claims (12)

  1. Kondensationstrockner, insbesondere Wäschetrockner, mit einem Wärmetauscher (2) zur Abscheidung von in einem Trocknungsraum (1) aufgenommener Feuchte aus einem Luftkreislauf (3) und einer Sorptionseinheit (5), die mit einem Flüssigkeitsbehälter (7) verbindbar ist wobei in der Gasphase befindliches Fluid in der Sorptionseinheit (5) adsorbiert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen dem Flüssigkeitsbehälter (7) und der Sorptionseinheit (5) ein Kühlfluidstrom (4) erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher (2) strömt.
  2. Kondensationstrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionseinheit (5) und der Flüssigkeitsbehälter (7) über mindestens eine hermetisch geschlossene Passage (8) verbunden sind, die durch den Wärmetauscher (2) führt.
  3. Kondensationstrockner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionseinheit (5) und der Flüssigkeitsbehälter (7) mit einer weiteren hermetisch geschlossenen Passage (16) verbunden sind, die nicht durch den Wärmetauscher (2) führt.
  4. Kondensationstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationstrockner eine Passage (19) für eine Frischluftströmung (18) umfasst, in welcher der Flüssigkeitsbehälter (7) zumindest teilweise eingebettet ist.
  5. Kondensationstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationstrockner eine Passage (9) für eine Frischluftströmung (10) umfasst, in welcher die Sorptionseinheit (5) zumindest teilweise eingebettet ist.
  6. Kondensationstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sorptionseinheit (5) zumindest teilweise im Luftkreislauf (3) eingebettet ist.
  7. Kondensationstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensationstrockner mindestens ein Bauteil (12, 20) zur Übertragung von Wärme von zumindest einer Frischluftströmung (10, 18) auf den Luftkreislauf (3) umfasst.
  8. Verfahren zum Betrieb eines Kondensationstrockners, insbesondere eines Kondensationstrockners nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit folgenden Schritten:
    Erste Phase
    - Freigabe einer ersten Verbindung (8) zwischen einer Sorptionseinheit (5) und einem Flüssigkeitsbehälter (7), die durch einen Wärmetauscher (2) führt,
    - Erzeugung eines Kühlfluidstroms (4) von dem Flüssigkeitsbehälter 7 zur Sorptionseinheit (5), der durch den Wärmetauscher (2) fließt, wobei in der Gasphase befindliches Fluid in der Sorptionseinheit (5) adsorbiert,
    - Abscheidung von in einem Trocknungsraum (1) aufgenommener Feuchte aus einem Luftkreislauf (3) in dem Wärmetauscher (2),
    - Adsorption von Fluid in der Sorptionseinheit (5),
    - Schließen der ersten Verbindung (8),
    Zweite Phase
    - Freigabe einer zweiten Verbindung (16) zwischen der Sorptionseinheit (5) und dem Flüssigkeitsbehälter (7), die nicht durch den Wärmetauscher (2) führt,
    - Desorption des Fluids aus der Sorptionseinheit (5),
    - Kondensation des Fluids im Flüssigkeitsbehälter (7),
    - Schließen der zweiten Verbindung (16).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach der zweiten Phase ein Frischluftstrom (18) über den Flüssigkeitsbehälter (7) strömt, sich dabei erwärmt und Wärme an den Luftkreislauf (3) überträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während und/oder nach der ersten Phase ein Frischluftstrom (10) über die Sorptionseinheit (5) strömt, sich dabei erwärmt und Wärme an den Luftkreislauf (3) überträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der zweiten Phase ein Frischluftstrom (10) über die Sorptionseinheit (5) strömt, sich erwärmt und Wärme an den Luftkreislauf (3) überträgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten und/oder während und/oder nach der zweiten Phase Prozessluft des Luftkreislaufs (3) über die Sorptionseinheit (5) strömt und Wärme der Sorptionseinheit (5) auf den Luftkreislauf (3) übertragen wird.
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