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Verfahren zum Trocknen von Wäsche und Strahlungstrockner
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zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Trocknen von Wäsche mit zumindest teilweise durch Wärmerückgewinnung erwärmter
und in einem geschlossenen Kreislauf über ein Saug-Druckgebläse sowie eine Wäschetrommel
geführter Druckluft, wobei ein Kühlmittel in einem Wärmetauscher der von der Wäschetrommel
äbgesaugten Umluft die Feuchtigkeit durch Abkühlung entzieht und in einem weiteren
Wärmetauscher die getrocknete, der Wäschetrommel zugeführte Umluft erwärmt. Ferner
betrifft die Erfindung einen Strahlungstrockner zur Durchführung des Verfahrens.
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Verfahren zur Wärmerückgewinnung bei Wäschetrocknern sind bekannt
(CH-PS 345 863) und beruhen auf der Verwendung einer Wärmepumpe, welche mit einem
Kühlmittel im geschlossenen Kreislauf aus der den Wäschetrockner verlassenden und
mit Feuchtigkeit beladenen Luft durch Kondensation Wärme entzieht, um
um
mit dieser Wärme die dem Wäschetrockner zugeführte trockene Luft wieder zu erwärmen.
Obwohl ein solches Verfahren in der Theorie als äußerst effizient und zweckmäßig
erscheint, ergeben sich jedoch bei der praktischen Verwirklichung des Einsatzes
einer Wärmepumpe erhebliche Schwierigkeiten.
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Als wesentlicher Nachteil wird bei der Verwendung einer Wärmepumpe
ohne Zusatzheizung die unverhältnismäßig lange Trockenzeit angesehen. Wenn dagegen
eine Zusatzheizung Verwendung findet, läßt sich durch die Verwendung einer Wärmepumpe
keine nennenswerte Energieeinsparung erzielen.
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Es ist eine aus der Praxis sich ergebende Erfahrung, daß bei einem
Wäschetrockner, bei welchem die feuchtigkeitsbeladene Luft zur Ausscheidung der
Feuchtigkeit über eine Kondensationseinrichtung geführt wird, mehr als 50 % der
für die Aufheizung der Luft benötigten Energie mit dem für die Kondensation verwendeten
Kühlwasser unmittelbar abgeführt und verlorengeht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen
Wäschetrockner zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, bei welchem während
des Trockenvorgangs über das ablaufende Kühlwasser möglichst keine oder nur ein
sehr geringer Energieanteil verlorengeht. Dabei soll dafür Sorge getragen werden,
daß die Trockenzeit gegenüber bekannten Wäschetrocknern nicht verlängert, sondern
möglichst verkürzt wird.
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Diese Aufgabe wird für das Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß das Kühlmittel zur Vorkondensation in die feuchtigkeitsbeladene Umluft eingedüst
wird, daß anschließend die Um luft
sowie
sowie das abfließende Kühlmittel
einerseits und das zum Eindüsen zufließende Kühlmittel andererseits durch den ersten
als Gegenstromkühler ausgebildeten Wärmetauscher geführt wird, daß die abgesaugte
feuchtigkeitsbeladene Umluft im ersten Gegenstromkühler auf eine unter dem Taupunkt
liegende Temperatur abgekühlt wird, und daß die getrocknete Umluft in einem zweiten
Gegenstromkühler vom abfließenden Kühlmittel erwärmt wird.
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Ein Strahlungstrockner zur Durchführung des Verfahrens sieht erfindungsgemäß
vor, daß die Umluftleitung zwischen einem ein Flusensieb umfassenden Vorkondensator
und dem Saug-Druckgebläse im wesentlichen im ersten und zweiten Gegenstromkühler
verläuft, wobei eine zwischen den beiden Gegenstromkühlern angeordnete Pumpe das
Kühlmittel über den zweiten Gegenstromkühler abpumpt.
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Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Gegenstromkühler
aus einem Rippenrohr mit einem das Rippenrohr umgebenden Außenrohr aufgebaut sind.
Es ist auch vorgesehen, daß die Gegenstromkühler aus einer flachen, mit Kühlmittelleitungen
bewickelten Leitung bestehen. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Gegenstromkühler
ist in einem Außenrohr ein gewendeltes Innenrohr angeordnet.
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Im Interesse einer optimalen Raumausnutzung kann der erste Gegenstromkühler
als Flachbehälter ausgebildet sein, in welchem eine Schikane zur schlangenförmigen
Luftführung ausgebildet ist.
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Eine
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, daß der erste Gegenstromkühler aus zwei Kühlerabschnitten aufgebaut ist, von
welchen der erste Kühlerabschnitt in einer horizontalen Lage verläuft und aus dieser
Lage heraus schwenkbar ist, und daß die Verschwenkung des ersten Kühlerabschnittes
mit Hilfe des Staudrucks zwischen dem Saug-Druckgebläse und der Umluftdüse gegen
den Druck einer Rückstellfeder erfolgt. Die Verschwenkung des ersten Kühlerabschnittes
wird mit Hilfe einer Membrandose bewirkt. Durch die Schwenkbarkeit des ersten Kühlerabschnittes
wird es möglich, das Ende der Trockenzeit mit Hilfe der Menge des anfallenden Kondensats
zu ermitteln, um daraus Schaltmaßnahmen abzuleiten, die den Trockenvorgang beenden.
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Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß der erste Kühlabschnitt
bei geringe 1 Menge des anfallenden Kondensats oder bei keinem anfallenden Kondensat
einen Sicherheitsschalter für die Heizung zum Aufwärmen der Waschtrommel öffnet.
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Mit einem nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauten Strahlungstrockner
ist es möglich, den Energiebedarf für die Heizung während des Trockenvorganges im
Vergleich zu den bisher erzielbaren Werten erheblich zu verringern > wobei Werte
für den Energieverbrauh in der Größenordnung von etwa 0, 5 kWh/kg Wäsche erreichbar
sind. Durch die Verschwenkbarkeit des ersten Kühlerabschnittes im ersten Gegenstromkühlern
Abhängigkeit vom Staudruck zwischen dem Saug-Druckgebläse und der Umluftdüse läßt
sich eine große Betriebssicherheit erzielen, da einerseits nach Einleitung des Trockenprozesses
die Heizung erst dann eingeschaltet wird,
wenn
wenn ein ausreichend
hoher Staudruck durch das Saug-Druckgebläse aufgebaut ist. Nach dem Abschalten der
Turbine fällt der Staudruck ab, so daß der schwenkbare erste Kühlerabschnitt unter
dem Einfluß der Rückstellfeder zurückgeschwenkt wird und den Stromkreis über die
Heizung öffnet.
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen
und der Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen
Funktionsteile eines Strahlungstrockners gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine schematische
Darstellung der wesentlichen Funktionsteile eines Strahlungstrockners nach einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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Der in Fig. 1 nur mit seinen wesentlichen Funktionselementen schematisch
dargestellte Strahlungstrockner umfaßt einen Trommelbehälter 1O, in welchem eine
Wäschetrommel 11 drehbar gelagert ist. Die Beschickungsöffnung des Trommelbehälters
ist durch ein Schauglas in herkömirilicher Weise verschließbar. In einer auf der
Oberseite des Trommelbehälters angebrachten Ausbuchtung ist eine Strahlungsheizung
13 angeordnet. Die ausgebuchtete Mantelfläche wirkt einerseits als Reflektorblech
und andererseits als Wärmetauscherfläche, um den nicht auf die Wäschetrommel reflektierten
Anteil der Wärmestrahlung zur Aufheizung der Umluft zu benutzen, welche von einem
Saug-Druckgebläse 14 aus zugeführt wird. Die über der Ausbuchtung erhitzte Umluft
wird über einen mit einerUmluftdüse 15 ver-
sehenen
sehenen Kanal
unter dem Rand der Beschickungsöffnung der Wäschetrommel 11 in das Innere der Wäschetrommel
eingeblasen.
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Im Bodenbereich des Trommelbehälters 10 ist eine Ablauföffnung 16
vorgesehen, an welcher ein Vorkondensator 17 angeschlossen ist. Dieser Vorkondensator
17 besteht aus einer Verwirbelungsstrecke 20 in Form eines Wellrohres und einem
Flusensieb 21. Im Bereich der Ablauföffnung 16 ist eine Kühlmittelleitung 22 mit
einer Kühlmitteldüse 23 an die Verwirbelungsstrecke angeschlossen. Diese Kühlmittelleitung
22 verbindet einen ersten Gegenstromkühler 24 mit dem Vorkondensator 17. Dieser
erste Gegenstromkühler umschließt die vom Flusensieb 22 wegführende Umluftleitung
25. Der Gegenstromkühler 24 ist über eine Zulaufleitung 26 und einen Absperrhahn
27 an die Kühlmittelquelle angeschlossen, welche üblicherweise die Brauch- oder
Trinkwasserversorgung ist.
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Das Flusensieb 21 ist mit einer Umwegleitung 28 verbunden, welche
das Kondensat und das Kühlmittel um den ersten Gegenstromkühler-24 herum zu einem
Syphon 31 abführt.
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Im Gegenstromkühler 24 sind Schikanen 30 vorgesehen, die dafür sorgen,
daß die vom Vorkondensator 17 über die Umluftleitung 25 abfließende Umluft eine
ausreichend lange Kontaktzeit mit dem Kühlmittel hat, um die vom Vorkondensator
abfließende Umluft im wesentlichen auf die Temperatur des zufließenden Kühlmittels
abzukühlen. Durch die Eindüsung des Kühlmittels in den Vorkondensator und die nachfolgende
Abkühlung der abfließenden Umluft im ersten Gegenstromkühler wird
wird
die in der Umluft enthaltene Feuchtigkeit weitgehendst auskondensiert, so daß am
Ausgang des ersten Gegenstrom kühlers eine verhältnismäßig trockene Umluft zur Verfügung
steht. Die Umluftleitung im ersten Gegenstromkühler dient auch der Ableitung eines
im ersten Gegenstromkühler entstehenden Restkondensatsm Syphon 31 hin, welcher in
die Umluftleitung zwischen dem ersten Gegenstromkühler und einem zweiten Gegenstromkühler
32 eingeschaltet ist. Von diesem Syphon aus wird das Kondensat und das Kühlmittel
in einen zweiten Gegenstromkühler 32 mit Hilfe einer Pumpe 33 gepumpt.
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Der zweite Gegenstromkühler 32 umschließt den Abschnitt der Umluftleitung
25 zwischen dem Syphon 31 und dem Saug-Druckgebläse 14. Im Bereich des zweiten Gegenstromkühlers
ist die Umluftleitung möglichst vertikal verlaufend geführt, damit ein eventuell
anfallendes Restkondensat zum Syphon hin abfließen kann.
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Der Auslauf des zweiten Gegenstromkühlers ist an eine Ab -laufleitung
34 für das Kühlmittel angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Erfindung wird anhand der in Fig. 1 eingetragenen
Temperaturwerte erläutert.
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Die durch die Heizzone über der Strahlungsheizung 13 geführte 0 Umluft
wirdauf eine Lufttemperatur (LT) vonetwa 195 erwärmt. Die in die Wäschetrommel eingedüste
Umluft wird durch das Eindüsen stark verwirbelt und sättigt sich mit Feuchtigkeit,
welche aufgrund der Erwärmung der Wäsche-
trommel
trommel 11 durch
die Strahlungsheizung 13 aus der Wäsche verdampft. Das Saug-Druckgebläse 14 dient
für einen ausreichend hohen Druck zum Eindüsen der Umluft. Gleichzeitig wird von
dem Saug-Druckgebläse 14 die feuchtigkeitsbeladene Um luft über die Umluftleitung
25,den Vorkondensator 17 und die Ablauföffnung 16 aus dem Trommelbehälter 10 abgesaugt.
Dabei vermischt sich die feuchtigkeitsbeladene Umluft sehr intensiv mit dem über
die Kühlmitteldüse 23 in die Verwirbelungsstrecke 20 eingedüsten Kühlmittel. Die
Lufttemperatur im Bereich der Ablauföffnung 16 beträgt etwa 85 C. Durch die Kondensation
im Vorkondensator 17 und die Kühlung im Gegenstromkühler 24 wird die Umluft weiter
abgekühlt, so daß sie am Ausgang des Gegenstromkühlers 0 24 etwa eine Temperatur
von 20 C hat.
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Das im Vorkondensator, der das Flusensieb 21 mit umfaßt, ausgeschiedene
Kondensat fließt zusammen mit dem Kühlmittel über die Umwegleitung 28 ab, wogegen
das restliche im Gegenstromkühler ausgeschiedene Restkondensat über die Umluftleitung
25 zum Syphon 31 abfließt. Das dem Vorkondensator zugeführte Kühlmittel wird durch
die Kondensation erwärmt und kann zusammen mit dem Kondensat eine Wassertemperatur
(WT) von etwa 60 0C annehmen. Das erwärmte Kühlmittel wird von der Pumpe 0 23 mit
dieser Temperatur von etwa 60 C dem zweiten Gegenstromkühler 32 zugeführt und erwärmt
die zum Saug-Druckgebläse 14 strömende Umluft im Gegenstrom, wodurch das Kühlmittel
seine Temperatur wieder abgibt und mit einer Temperatur 0 von etwa 16 C über die
Ablaufleitung 14 abfließt.
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Für die Erreichung der gewünschten Senkung des Energieverbrauches
ist die Ausgestaltung der Gegenstromkühler und deren Wfrkungs
Wirkungsgrad
von entscheidendem Einfluß. Diese G egenstrom -kühler, welche in der Darstellung
nur schematisch gezeichnet sind, können in herkömmlicher Weise aus Rippenrohren
und einem das Rippenrohr umgebenden Außenrohr aufgebaut sein. Die Verwendung eines
mit Abstand gewendelten Innenrohres in einem vom Kühlmittel durchströmten Außenrohr
hat den Vorteil einer sehr großen Kontaktfläche, wodurch der Wärmeaustausch begünstigt
wird. Als besonders vorteilhaft wird auch ein Gegenstromkühler aus einer flachen
mit Kühlmittelleitungen bewickelten Innenleitung angesehen, Die flache Ausführungsform
des Gegenstromkühlers erweist sich insbesondere für den ersten im unteren Teil des
Wäschetrockners leicht geneigt verlaufenden Gegenstromkühler als vorteilhaft, da
mit einem derartigen flachen Element der vorhandene Raum im Wäschetrockner gut ausgenützt
wird.
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Ein Gegenstromkühler mit einem Flachbehälter kann selbstverständlich
auch für den zweiten, im wesentlichen senkrecht stehenden Gegenstromkühler 32 Verwendung
finden, wobei Schikanen zur schlangenförmigen Luftführung sowohl die Kontaktzeit
als auch den Kontaktweg erhöhen und damit den Wirkungsgrad des Gegenstromkühlers
verbessern.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind alle für den Wärmeaustausch
und den Trockenvorgang bzw. die Wärmerückgewinnung wesentlichen Elemente mit einer
Isolierung 40 versehen.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei der unabhängig von der anderen Ansicht der Darstellung der Wäschebehälter 10,
die Waschtrommel 11 sowie der Vorkondensator 17 und die Strahlungsheizung 13 mit
der Heißluftführung zum
zumEindüsen in die Waschtrommel gleichartig
mit der Ausführungsform gemäß Fig. 1 aufgebaut sind.
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Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß Fig. 2 gegenüber
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht in der Aufteilung des ersten Gegenstromkühlers
in zwei Kühlerabschnitte 50 und 51, von welchen der erste Kühlerabschnitt 50 im
wesentlichen horizontal verläuft und aus dieser horizontalen Lage heraus um eine
Achse 52 schwenkbar gelagert ist. Der erste Kühlerabschnitt 50 ist über eine Zulaufleitung
26 und einen Absperrhahn 27 an die Kühlmittelquelle angeschlossen. Wegen der Verschwenkbarkeit
des Kühlerabschnittes ist in der Zulaufleitung 26 eine flexible Leitung 53 angeordnet.
Entsprechend sind auch eine Kühlmittelverbindungsleitung 54 und eine Umluftverbindungsleitung
55 zwischen den beiden Kühlerabschnitten mit flexiblen Leitungsstücken 56 und 57
versehen. Auch die aus dem ersten Kühlerabschnitt 50 herausführende und an dem zweiten
Gegenstromkühler 32 angeschlossene Umluftleitung ist mit einem flexiblen Leitungsstück
58 versehen.
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Der erste Kühlerabschnitt 50 wird mit Hilfe einer Rückstellfeder bei
der in der Darstellung gezeigten Anordnung nach oben gedrückt, solange eine an die
Umluftleitung zwischen der Umluftdüse 15 und dem Saug-Druckgebläse 40 über eine
Leitung 61 angeschlossene Membrandose 62 ohne Druckbeaufschlagung ist. Dieser Zustand
stellt sich ein, wenn das Saug-Druckgebläse 14 in der Umluftleitung zur Umluftdüse
15 keinen ausreichenden Staudruck aufbaut.
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Mit dem
Mit dem ersten Kühlerabschnitt 50 ist ferner
ein Sicherheitsschalter 63 verbunden, welcher in die Stromversorgungsleitung für
die Strahlungsheizung 13 eingeschaltet ist und nur dann geschlossen wird, wenn der
Staudruck ausreicht, um über die Membrandose 62 den ersten Kühlerabschnitt 50 gegen
die Rückstellkraft der Feder 60 nach unten zu verschwenken.
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Das sich während des Trockenvorgangs in dem geneigten ersten Kühlerabschnitt
50 sammelnde Kondensat fließt über eine Ablaufkante 65 in die Umluftverbindungsleitung
50 zum Syphon 31 ab.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, daß die durch den ersten Kühlerabschnitt
50 geführte Umluft einen ausreichend großen Strömungsquerschnitt behält, so daß
die vorbeiströmende Umluft keine Wasserteilchen mitreißt. Der zweite an den ersten
Kühlerabschnitt anschließende Gegenstromkühler 32 ist ebenfalls geneigt oder senkrecht
verlaufend angeordnet, so daß eventuell entstehendes Kondensat über die Umluftleitung
zum ersten Kühlerabschnitt und von diesem aus zum Syphon 31 afließen kann.
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Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind alle für die Wärmerückgewinnung
bzw. den Energieabbau in ihrer Funktion wesentlichen Teile in die Isolierung 40
eingepackt, um unerwünschte Temperatureinflüsse so weit wie möglich auszuschalten.
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Die Wirkungsweise des Strahlungstrockners gemäß Fig. 2 entspricht
im wesentlichen der Wirkungsweise des anhand der Fig. 1 beschriebenen Strahlungstrockners,
da die beiden Kühlmittelabschnitte 50 und 51 hintereinandergeschaltet sind und zusammen
die Wirkung des ersten Gegenstromkühlers haben.
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Für
Für die Dimensionierung der Umluftleitung im
Bereich des Vorkondensators und der Gegenstromkühler ist zu beachten, daß durch
ausreichend große Strömungsquerschnitte die Strömungsgeschwindigkeit möglichst niedrig
gehalten wird, so daß insbesondere in den Gegenstromkühlern die Kontaktzeit zwischen
dem Kühlmedium und der Umluft bei guter Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauscherflächen
möglichst lang ist.
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Auch im Bereich der Austrittsstelle der Umluftleitung aus dem ersten
Kühlerabschnitt 50 ist dafür Sorge zu tragen, daß durch die Schwenkbewegung des
ersten Kühlerabschnittes der Strömungsquerschnitt durch das sich sammelnde Kondensat
nicht zu stark verringert wird bzw. daß das sich sammelnde Kondensat in die Uniluftleitung
fließt. Aus diesem Grund ist der Hub der Scllwenkbewegung so weit zu begrenzen,
daß die gewünschte Schaltfunktion des Sicherheitsschalters einwandfrei ausgeführt
wird.
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Hubbewegungen des schwenkbaren Kühlerabschnittes in der Größenordnung
von kleiner 30 mm dürften hierfür voll ausreichen.