DE60219356T2

DE60219356T2 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen einer menge wäsche durch mechanische verdichtung von luft mit hohem feuchtigkeitsgehalt

Info

Publication number: DE60219356T2
Application number: DE60219356T
Authority: DE
Inventors: Denis Clodic; Lionel Palandre
Original assignee: Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Current assignee: Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: EP1459024B1; FR2834051B1; WO2003054463A1; FR2834051A1; SI1459024T1; EP1459024A1; US6944969B2; PT1459024E; CY1106699T1; ES2284975T3; DK1459024T3; AU2002364461A1; CA2471270A1; US20050072020A1; ATE358805T1; DE60219356D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Trocknen einer Masse aus faserigem Material, vor allem feuchter Wäsche nach dem Waschen.
Darstellung des Problems und bisheriger Stand der Technik
Der Patentantrag Denis CLODIC, der am 2. November 1998 unter dem Namen ARMINES mit der Nummer 98 13902 gestellt, und unter der Nummer FR 2 785 372 veröffentlicht wurde, beschreibt ein Trockenverfahren durch überhitzten Wasserdampf (ÜWD). Der überhitzte Wasserdampf tauscht seine Wärme mit der Wäsche aus, deren Wasser bei 100°C verdampft, wobei dieses Wasser dann in einem Kondensator kondensiert wird, um den Druck im Kreislauf konstant zu halten, und gleichzeitig ein erneutes Erwärmen des Dampfes zu ermöglichen. Dieser Dampf wird durch einen Ventilator in Bewegung versetzt. Im Verfahren gemäß dem aktuellen Stand der Technik wird ein Teil des überhitzten Wasserdampfes (ÜWD) einem Komprimierungsprozess unterzogen, um die Kondensationswärme zu gewinnen, mit der der Wasserdampf am Eingang der Trockenzone aufgeheizt wird. Dank dieses Trockenverfahrens mit ÜWD kann die globale energetische Wirksamkeit um etwa 60% (Senkung des Energieverbrauchs von 700 Wh/kg trockener Baumwolle, was einem typischen Verbrauch der zurzeit besten Wäschetrockner entspricht auf unter 330 Wh/kg trockener Bauwolle) erhöht werden. Dennoch kann die Erstellung eines Wasserdampfkreislaufs bei atmosphärischem Druck und einer Temperatur von über 100°C zu Dichtheitsproblemen führen, speziell beim Durchgang der Drehkopplungen.
Die Präambel der Ansprüche 1 und 4 wird durch dieses Dokument dargestellt. Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die technische Umsetzung von Anlagen zum Trocknen von Wäsche zu erleichtern, und gleichzeitig die energietechnischen Leistungen dieses Verfahrens auf einem Niveau zu erhalten, das mit dem aktuellen Stand der Technik vergleichbar ist. Dieses Ziel wird durch die Eigenschaften des kennzeichnenden Abschnitts der Ansprüche 1 und 4 erreicht.
Durch die Kondensierung im Kondensator des abgeleiteten Teils der feuchten Luft entsteht die nötige Wärmeenergie zum Erhitzen der feuchten Luft vor dem Eintritt in den Trockenraum.
Vorzugsweise gemäß der Erfindung ist die Anlage so gestaltet, dass der Kompressor den abgeleiteten Teil der feuchten Luft auf einen solchen Druck zusammenpresst, dass die Kondensierungstemperatur im Kondensator zwischen 95°C und 135°C liegt. Das führt dazu, dass die feuchte Luft am Eingang des Trockenraumes auf einen Temperaturbereich erhitzt wird, der zwischen 95°C und 135°C liegt.
Vorzugsweise gemäß der Erfindung ist die Anlage so gestaltet, dass der Kühlkreislauf des Kondensators vorzugsweise im Kreuzstrom mit Tendenz zum Gegenstrom läuft.
Vorzugsweise gemäß der Erfindung ist die Anlage so gestaltet, dass sie über ein 5-Wege-Ventil mit einem Abluftweg verfügt.
Das erfindungsgemäße Trockenverfahren durch mechanische Komprimierung feuchter Luft führt zu einer Verringerung des Stromverbrauchs bei Haushaltstrockengeräten. Ihr Verbrauch liegt bei etwa 700 Wh/kg Wäsche, wobei dieser Verbrauch durch das erfindungsgemäße Verfahren auf etwa 350 Wh/kg trockener Wäsche gesenkt wird.
Die Anwendung des Verfahrens ist einfach, und die Gründe dafür werden nachfolgend verständlich gemacht. Das Verfahren ermöglicht die Verwendung vorhandener Technologien zur Herstellung von Trockengeräten für den Haushalt, für geschäftliche oder industrielle Geräte.
Der Vorteil beim Energieverbrauch des Verfahrens und die Einfachheit der Herstellung eines Trockengerätes liegen daran, dass das Verfahren mit einer mechanischen Komprimierung sehr feuchter Luft arbeitet. Unter sehr feuchter Luft versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Luft, deren Feuchtigkeitsgehalt bei Temperaturen zwischen 80 und 90°C zwischen 85 und 95% liegt, wodurch die absolute Feuchtigkeit zwischen 400 und 1200 g Wasser/kg trockener Luft beträgt. Es sei daran erinnert, dass die Umgebungsluft bei 25°C einen absoluten Feuchtigkeitswert aufweist, der zwischen 8 und 20 g Wasser/kg trockener Luft liegt.
Die Verwendung sehr feuchter Luft bietet, wie in der folgenden Beschreibung dargelegt wird, mehrere Vorteile, da sie unter anderem die Verwendung von Systemen ermöglicht, deren Dichtheit einfach zu erreichen ist, aber auch die Entwicklung entweder von geschlossenen Systemen zum Trocknen von nicht durchgehenden Losen, oder von Systemen zum Trocknen in einer Reihe also in durchgehenden Losen.
Die Trocknung erfolgt bei atmosphärischem Druck, das Wasser verdampft dank des Druckunterschiedes zwischen dem Wasserdampf, der in der Masse aus faserigem Material vorhanden ist, und dem Wasserdampf in der warmen Luft. Der Druck des Wasserdampfes in der warmen Luft ist geringer als jener des Wasserdampfes in der Masse aus faserigem Material.
Ausführliche Beschreibung
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung sind beim Lesen der Beschreibung der Ausführungsvarianten der Erfindung zu erkennen, die als Beispiel, keinesfalls aber als Einschränkung der Erfindung anzusehen sind. Das Prinzipschema der Installation ist anhand verschiedener Ausführungsvarianten dargestellt:
die 1 stellt eine Ausführungsvariante einer Trockenanlage nach Losen dar,
die 2 stellt eine zweite Ausführungsvariante einer Trockenanlage nach Losen dar
die 3 stellt die Position des 5-Wege-Ventils während der Heizphase und der Trockenphase dar,
die 4 stellt die Position des 5-Wege-Ventils während der Kühlphase dar,
die 5 ist eine grafische Darstellung der drei Kondensierleistungsniveaus.
Nun wird die 1 beschrieben, die eine Ausführungsvariante einer Trockenanlage für Lose (zum Beispiel einen elektrischen Wäschetrockner) darstellt. Alle angegebenen Strömungsleistungen sind, wenn nicht anders angegeben, Massendurchsätze deren IS Einheit (internationales System) kg/s ist. Das zu trocknende feuchte Material 14 befindet sich in einem Trockenraum 13. Die Menge an warmer Luft am Eingang 12 des Trockenraumes wird mit der Abkürzung MVEe (Luftströmung am Eingang des Trockenraumes) angegeben. Die warme Luft strömt durch den Eingangskanal 11 in den Trockenraum 13 ein. Die typische Temperatur der einströmenden Luft liegt zwischen 120 und 130°C. Die absolute Feuchtigkeit der einströmenden Warmluft liegt zwischen 360 und 1100 g/kg Tro ckenluft, und somit 8 bis 10% unter der absoluten Feuchtigkeit der feuchten Luft am Ausgang 15 des Trockenraumes 13. Das feuchte Material 14, dem die Feuchtigkeit entzogen werden soll, weist eine Temperatur zwischen 60 und 90°C auf. Am Ausgang 15 des Trockenraumes 13 wird der Durchsatz der austretenden feuchten Luft mit der Abkürzung MVSe (Luftströmung am Ausgang des Trockenraumes) angegeben. Die feuchte Luft strömt durch den Ausgangskanal 16 aus dem Trockenraum 13 aus. Die Temperatur der feuchten Luft am Ausgang 15 des Trockenraumes 13 liegt zwischen 80 und 95°C. Die absolute Feuchtigkeit der ausströmenden Warmluft liegt zwischen 400 und 1200 g/kg Trockenluft. Der Durchsatz der ausströmenden feuchten Luft MVSe entspricht der Summe des einströmenden Feuchtluftdurchsatzes MVEe und dem Durchsatz des verdampften Wassers Me, das aus dem zu trocknenden feuchten Material 14 stammt.
Auf der 1 wurde im Bereich des Eingangskanals 11 des Trockenraumes 13 fiktiv der Ausgangspunkt 9 natürlicher oder extra angebrachter Ausläufe nach außen 10 dargestellt. Die natürlichen oder extra angebrachten Ausläufe nach außen befinden sich vor dem Trockenraum 13 nach dem Ventilator 1. Denn in diesem Abschnitt des Kreislaufs schafft der Ventilator 1 einen leichten Überdruck im Verhältnis zum atmosphärischen Druck. Die Luft, die am Ausgangspunkt 9 ausströmt, weist denselben Druck, dieselbe Temperatur und dieselbe Luftfeuchtigkeit auf, wie der Kreislauf am Eingang 12 des Trockenraumes 13. Mit der Abkürzung MF wird der Durchsatz feuchter Luft durch die natürlichen oder extra angebrachten Ausläufe nach außen vor dem Trockenraum 13 bezeichnet. Die natürlichen Ausläufe erscheinen vorrangig im Bereich der Dichtungen des oder der Trommelflansche(s) eines Wäschetrockners.
Der Durchsatz an feuchter Luft MF durch die natürlichen oder extra angebrachten Ausläufe nach außen wird durch das natürliche oder eigens hervorgerufene Einströmen der Umgebungsluft ausgeglichen. Mit der Abkürzung MI wird der Durchsatz eindringender Luft 36 durch das natürliche oder eigens hervorgerufene Einströmen durch das 5-Wege-Ventil 19 bezeichnet. Der Durchsatz einströmender Luft ist so beschaffen, dass MI gleich MF ist. Der Durchsatz MI weist denselben Druck, dieselbe Temperatur und dieselbe Luftfeuchtigkeit auf, wie der Aufstellraum, in dem sich der Trockner befindet.
Der Durchsatz feuchter Luft MVEs, der durch den Ausgangskanal 16 des Trockenraumes 13 strömt, teilt sich in zwei verschiedene Durchsätze in den jeweiligen Kanälen 17 und 18 auf.
Ein erster Durchsatz, der in weiterer Folge MV1 genannt wird, strömt zum Ventilator 1 im Kanal 18. Ein zweiter Durchsatz, der in weiterer Folge mit der Abkürzung MC belegt wird, strömt durch die Kanäle 17 und 21 zum Kompressor 22. Das Verhältnis zwischen den Durchsätzen MV1 und MC wird jeweils durch den Ventilator 1 für MV1 und durch den Kompressor 22 für MC fixiert. Das Verhältnis zwischen den Durchsätzen, das in weiterer Folge RD (RD = MC/MV1) genannt wird, schwankt zwischen 5 und 10%.
Der Rückströmungskanal des Ventilators 2 teilt sich in einen Hauptkanal 3 und einen abgeleiteten Kanal 4 auf. Ein dritter Durchsatz, der in weiterer Folge mit der Abkürzung MVp (Hauptlüftungsdurchsatz) belegt wird, strömt durch den Hauptkanal 3. Ein vierter Durchsatz, der in weiterer Folge mit der Abkürzung MVd (abgeleiteter Lüftungsdurchsatz) belegt wird, strömt durch den abgeleiteten Kanal 4. Der Durchsatz MVd im abgeleiteten Kanal 4 entspricht 10 bis 15% des ventilierten Durchsatzes MV1.
Der zweite Durchsatz feuchter Luft MC, der durch den Kanal 21 strömt, wird von einem Kompressor 22 bis auf einen typischen Druck zwischen 4 und 7 bar absolut komprimiert. Am Ausgang des Kompressors 22 beträgt die Verdrängungstemperatur der feuchten Luft in etwa 250°C, wenn keine Kühlvorrichtung vorhanden ist. Die Steuerplatte oder das Rückflussvolumen 23 müssen gekühlt werden. Die Kühlung der Steuerplatte oder des Rückflussvolumens 23 erreicht man dadurch, dass man eine Steuerplatte oder ein Rückflussvolumen mit einer Oberfläche schafft, die Kühlrippen (nicht dargestellt) aufweist.
Die Kühlrippen der Steuerplatte oder des Rückflussvolumens 23 sind im abgeleiteten Kanal 4 angebracht, der vom abgeleiteten Ventilatordurchsatz MVd durchströmt wird. Dies hat eine Erwärmung des Durchsatzes MVd zur Folge.
Die Kühlrippen der Steuerplatte oder des Rückflussvolumens 23 ermöglichen die Beibehaltung der Ausgleichstemperatur der Steuerplatte oder des Rückflussvolumens auf einem Wert von unter 160°C.
Wir setzen nun die Beschreibung der Ausführungsvariante fort, die in der 1 dargestellt ist.
Der Kondensierkreislauf des Kondensators 6 empfängt den Rückflusskanal 24 des Kompressors nach diesem selbst. Der externe Kühlkreislauf des Kondensators 6 empfängt den Kanal 3, wo sich der ventilierte Hauptdurchsatz MVp erwärmt. Der Kondensator 6 ist ein Teilkondensator: Ein Großteil (um 90% der Masse) des Wasserdampfes des sehr feuchten Luftdurchsatzes MC, der aus dem Kompressor 22 austritt, wird dort kondensiert. Der Durchsatz MC ist bei Austritt aus dem Kondensator 6 zweiphasig. Er besteht aus einem nur schwach feuchten Luftdurchsatz der AC35 genannt wird, und aus einem flüssigen Wasserdurchsatz, der MEC (MC = MEC + MAC) genannt wird. Dieser zweiphasige Durchsatz MC wird durch das Druckminderungs- und Ablassventil auf einen Druck entlastet, der leicht über dem atmosphärischen Druck liegt. Ein Druckminderungs- und Ablassventil ist ein Druckminderer, der den vor ihm anstehenden Druck konstant hält, und einen variablen Durchsatz liefert, um den Druck beizubehalten.
In der Ausführungsvariante der 2 wird das Druckminderungs- und Ablassventil 26 durch eine volumetrische Expansionsturbine 37 ersetzt. Auch diese ermöglicht eine konstante Beibehaltung des oben anstehenden Drucks durch eine Modulierung der Durchflussmenge, die sie durchströmt. Der zweiphasige Durchsatz MC führt über den Kanal 15 in die volumetrische Expansionsturbine 37, wo er auf einen Druck entlastet wird, der leicht über dem atmosphärischen Druck liegt. Die Welle der Expansionsturbine 37 kann an die Antriebsmotorwelle des Kompressors 38 angekoppelt werden.
Im Falle der Variante mit dem Druckminderungs- und Ablassventil 26 (1) oder im Falle der Variante mit der der Expansionsturbine 37 (2) wird der druckgeminderte zweiphasige Durchsatz MC (MC = MEC + MAC) durch den Kanal 27 in den Abscheider 28 geführt. Der Wasserdurchsatz MEC wird im Abscheider 28 vom Luftdurchsatz MAC getrennt. Der Wasserdurchsatz MEC führt durch den Druckunterschied durch den Kanal 33 in den Tank 34. Der Luftdurchsatz MAC 35, der ebenfalls druckgemindert ist, wird über den Ausgangskanal 29 des Abscheiders 28 und das 5-Wege-Ventil 19 vom Ventilator 1 aufgesogen. Der Durchsatz MAC 35 aus dem Kanal 29 wird so mit dem feuchten Luftdurchsatz MV1 180 vermischt, der aus dem Kanal 18 kommt. Der Durchsatz einströmender Luft MI 36 wird mit den Durchsätzen MAC 35 und MV1 180 vermischt. Der MV genannte Durchsatz, der vom Ventilator 1 durch den Kanal 20 und das 5-Wege-Ventil 19 angesaugt wird, ist so beschaffen, dass MV gleich MAC + MI + MV1 ist.
Wie bereits zuvor erwähnt, wird der Durchsatz MV in den Hauptdurchsatz MVp im Kanal 3, und den abgeleiteten Durchsatz MVd im Kanal 4 unterteilt.
Der Durchsatz MVp strömt durch den Zwischenkanal 3 in den Kondensator 6 und wird dort erwärmt, von der typischen Temperatur am Ausgang des Trockenraumes 13 in der Größenordnung zwischen 80 und 95°C auf die typische Temperatur am Eingang des Trockenraumes 13 zwischen 120 und 130°C. Im Hinblick auf die Tatsache, dass die Kondensierung des Dampfes des Durchsatzes MC im Inneren der Kondensatorrohre 6 bei einer gleitenden und typischen Temperatur zwischen 135 und 95°C erfolgt, ist es von Vorteil, den Kondensator 6 in Form eines Röh rentauschers mit Kühlrippen zu gestalten. Die Röhren sind in mehreren Reihen angeordnet. Eine typische Anzahl an Röhrenreihen, bei denen MC teilweise im Inneren der Röhren kondensiert wird, liegt bei 4 bis 8 Reihen. Durch die Anordnung der Röhren ist eine globale Strömung der Durchsätze MC und MVp möglich, die sowohl im Kreuzstrom als auch mit Tendenz zum Gegenstrom erfolgt, wobei der Durchsatz MVp auf Zonen trifft, die entsprechend der progressiven Kühlung des Durchsatzes MC immer wärmer werden. Dieser Kreislauf im Kreuzstrom mit Tendenz zum Gegenstrom minimiert die Temperaturunterschiede zwischen dem Durchsatz MVp, der erwärmt wird, und dem Durchsatz MC, der teilweise kondensiert wird.
Die Leistung PC, die im Kondensator 6 getauscht wird, beinhaltet sowohl die Überhitzungsleistung des feuchten Luftdurchsatzes MC, als auch die Kondensationsleistung des Wassers MEC, das in diesem Durchsatz MC enthalten ist.
Der Kondensationsdruck des Wasserdampfes wird in Abhängigkeit vom Durchsatzverhältnis RD und der Leistung PC ausgewählt, die im Kondensator 6 zu tauschen ist. Die Gleichung der Energiebilanz der Trockenvorrichtung sieht somit wie folgt aus: PC = Pe + Pth + PF Gleichung (1)
Die Temperaturleistung Pe ist das Produkt des verdampften Dampfdurchsatzes Me des zu trocknenden feuchten Materials 14 multipliziert mit der latenten Verdampfungswärme des Wassers Lv bei entsprechendem Teildruck. Pe = Lv·Me
Die Temperaturverluste Pth stammen aus den Wärmeverlusten des Trockenraumes 13 und der verschiedenen Kanäle des Kreislaufs. Es handelt sich um Konvektions-, Strahlungs- und Leitungsverluste des Trockners, im Verhältnis zum Aufstellraum, in dem er sich befindet.
PF ist die verlorene Temperaturleistung durch den Auslaufdurchsatz MF bei einer Enthalpie Hf minus dem Durchsatz einströmender Luft MI bei einer Enthalpie Hi. Die durch die Auslässe verlorene Temperaturleistung PF ist: PF = (MF·Hf) – (MI·Hi)
Hf und Hi werden mit bekannten Temperaturen, Drücken und absoluten Luftfeuchtigkeiten des Durchsätze MF und MI errechnet.
Unter der Annahme, dass der verdampfte Wasserdurchsatz Me dem kondensierten Durchsatz MEC entspricht, kann die Kondensierleistung PC logischerweise wie folgt ausgedrückt werden: PC = Pe + Wcomp Gleichung (2)
Wobei W_comp die Komprimierungsleistung ist, die dem komprimierten Durchsatz MC übermittelt wird.
Bei Annäherung der Gleichungen 1 und 2 stellt man fest, dass die Komprimierungsleistung W_comp, die dem komprimierten Durchsatz MC übermittelt wird, durch die Temperaturverluste Pth und durch die Auslassverluste PF permanent ausgeglichen wird, wobei es durch diese Feststellung möglich wird, durch Fixierung der Kondensierleistung PC und die energetische Wirksamkeit des Komprimierungszyklus, die direkten Temperaturverluste und die Auslassverluste zu definieren, wodurch ein Temperaturausgleich des Systems möglich wird. Der Temperaturausgleich des Systems wird erreicht, wenn die Komprimierleistung W_comp gleich der Summe der Temperaturverluste Pth und der Auslassverluste PF ist. Die überschüssige Leistung ist dann gleich Null. Die überschüssige Leistung, die mit der Abkürzung Pexc versehen wird, lautet damit wie folgt: Pexc = W – Pth – PF
Die 5 stellt für drei Kondensierungsleistungsniveaus PC, PC1, die eine einheitliche Referenzkondensierungsleistung darstellt, PC2 = 1,5 PC1 und PC3 = 2 PC1 dar. Auf der Vertikalachse wird die überschüssige Leistung Pexc in Prozenten von PC angegeben, auf der Horizontalachse die Verdampfungstemperatur des feuchten Materials. Die 5 stellt somit die Variation der überschüssigen Leistung Pexc in Abhängigkeit von der Trockentemperatur, und für 3 Leistungsniveaus der Kondensierung für jeweils PC1, PC2 und PC3 dar.
Das Niveau 0% zeigt an, dass die von der Komprimierungsarbeit W_comp produzierte Wärme vollkommen durch die Abgangverluste Pth und die Auslassverluste PF kompensiert wird. Der oben definierte Temperaturüberschuss Pexc ist somit Null. Wenn Pexc negativ ist, sind die Abgangverluste Pth und die Auslassverluste PF zu hoch, und der Ausgleich des Systems mit der entsprechenden Trockentemperatur ist unmöglich. Wenn schließlich Pexc positiv ist, sind die Abgangverluste Pth und die Auslassverluste PF zu niedrig, um die von der Kompressionsarbeit W_comp erzeugte Wärme zu kompensieren, wodurch der Ausgleich des Systems bei der entsprechenden Trockentemperatur unmöglich ist.
Wenn der Auslaufdurchsatz MF und Durchsatz eindringender Luft MI konstant sind, ist der Wärmeabstoß PF umso größer, je höher die Trockentemperatur des feuchten Materials 14 ist und je höher die spezifische Feuchtigkeit der feuchten Luft im Trockenraum 13 ist.
Wenn der Auslaufdurchsatz MF und Durchsatz eindringender Luft MI konstant sind, tendiert der Wärmeabstoß PF zu einem Höchstwert, wenn die Trockentemperatur des feuchten Materials 14 100°C beträgt und wenn die feuchte Luft im Trockenraum 13 vollkommen durch Wasserdampf ersetzt wird.
Das Trockenverfahren gemäß der Erfindung mit sehr feuchter Luft beinhaltet Auslassdurchsatzvorgaben bei der Konzeption des Verfahrens selbst und der Vorrichtung, mit der das Verfahren umgesetzt werden soll.
Bei einem Haushalts Wäschetrockner liegt der typische Auslaufdurchsatz MF zwischen 1 und 2%, das heißt, dass 1 bis 2% des Luftdurchsatzes MV1 aus dem Kreislauf ausgestoßen. Das Trockenverfahren durch mechanische Komprimierung sehr feuchter Luft gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit der typischen definierten Auslassmenge MF kompatibel und dadurch technisch von besonderem Interesse.
Die Erfindung ermöglicht die Erstellung eines Trockensystems mit einem einzigen Tauscher am Luftdurchsatz MVp, was die Erfindung speziell von jenen Systemen unterscheidet, die mit einer Wärmepumpe arbeiten, die 2 Tauscher benötigt: einen Verdampfer und einen Kondensator.
Bei einem Trockensystem mit Losen erfolgt der Trockenvorgang in drei Phasen. Bei einem Durchlauf-Trockensystem folgen einander diese drei Phasen im Raum.
Zur Beschreibung des Ablaufs der drei Phasen wird die Funktion des 5-Wege-Ventils 19 in weiterer Folge unter Bezug auf die 3, 4 und 5 detailliert beschrieben.
Das 5-Wege-Ventil 19 verfügt über fünf Wege, an denen verschiedene Kanäle angeschlossen werden. Eine bewegliche Klappe 39 verfügt über eine Drehachse 46, um die sie sich, gesteuert durch ein Wirkglied (nicht dargestellt) drehen kann, das fest mit der Drehachse 46 verbunden ist.
Der Weg 40 wird über die Kanäle 18 und 16 nach dem Trockenraum 13 angeschlossen. Der Weg 41 wird über den Kanal 29 nach dem Abscheider 28 angeschlossen. Der Weg 42 ist eine Leitung ins Freie, zum Entleeren des Kreislaufs.
Der Weg 43 ist ein Einlassweg für frische Luft. Der Weg 44 ist am Kanal 20 vor dem Ventilator 1 angeschlossen. Zwischen dem Weg 43 und dem Weg 44 gibt es eine By-pass Öffnung 45 durch die der Durchsatz einströmender Luft MI 36 in den Kanal 20 des Weges 44 einströmen kann. Der Unterdruck der im Kanal 20 durch den Sog des Ventilators 1 entsteht, ermöglicht das Einströmen des Durchsatzes einströmender Luft 36 MI.
Während der Heizphase I wird eine Wassermenge, die sich im Abscheider 28 befindet, durch den Kanal 30 in den elektrischen Verdampfer 31 transferiert, der eingeschaltet wird. Der Wasserdampfdurchsatz, der im Verdampfer 31 verdampft, und durch die Abkürzung Meb beschrieben wird, wird vom Kompressor 22 über den Kanal 32 angesaugt. Der Meb Durchsatz wird vor dem Kompressor 22 mit dem Durchsatz MC1 vermischt, der vom Trockenraum 13 durch die Kanäle 16 und 17 ankommt. Die Summe der Durchsätze Meb und MC1 bildet den MC Durchsatz, der vom Kompressor 22 angesaugt und komprimiert wird. Der MC Durchsatz ist eine Mischung aus sehr feuchter Luft. Er wird im Kondensator 6 kondensiert, wodurch der MVp Durchsatz erhitzt werden kann, der durch den Kanal 16, das 5-Wege-Ventil 19, den Ventilator 1 und den Eingangskanal 3 des Kondensators 6 aus dem Trockenraum 13 kommt. Während der Heizphase I verbindet die Klappe 39 (1) den Kanal 20 (Weg 44), den Kanal 18 (Weg 40), den Kanal 29 (Weg 41) und, über den Bypass, den Weg 43, durch den der Ablassdurchsatz 36 MI durchströmt. Das führt dazu, dass der Ventilator 1 die Durchsätze MV1 aus dem Raum 13, MAC 35 aus dem Abscheider 28 und MI 36 aus dem Aufstellraum ansaugt und den Durchsatz MV zum Kondensator 6 zurückführt.
Der Temperaturunterschied, der zwischen dem Eingang des Trockenraumes 13 und dem Ausgang des Trockenraumes 13 gemessen wird, wird zur Regelung des Systems verwendet, wodurch es möglich ist, von der Heizphase I zur Heizphase II überzugehen. Wenn der Temperaturunterschied typisch über 30 K liegt, und wenn das gewünschte Temperaturniveau am Eingang 12 des Trockenraumes 13 erreicht ist, wird die Stromversorgung zum Widerstand des Verdampfers 31 unterbrochen, und die Trockenphase II kann beginnen. Während der Trockenphase II nimmt die Klappe 39 jene Stellung ein, die sie während der Heizphase eingenommen hat, und verbindet dabei dieselben Wege und Kanäle. Das Trocknen der faserigen Masse 14 im Trockenraum 13 erfolgt bei konstantem Verdampfungsdurchsatz, bis ein bestimmter Trocknungsgrad erreicht ist. Sobald dieser Trocknungsgrad erreicht ist, sinkt der verdampfte Durchsatz, denn die Kapillareinspeisung im Material ist nicht mehr gegeben. Dieser Grenzwert wird durch eine Verringerung des Temperaturunterschiedes zwischen dem Eingang 12 des Trockenraumes 13 und dem Ausgang 15 des Trockenraumes 13 identifiziert und erfasst. Die Temperatur am Ausgang 15 des Trockenraumes 13 steigt an. Man bestimmt anhand von Erfahrungswerten für jedes zu trocknende Material den passenden Unterschied und entsprechend dazu jenen Augenblick, an dem der Trockenvorgang beendet werden kann.
Die Kühlphase II ist eine Phase im Laufe derer man das faserige Material auf eine Temperatur bringt, die nahe an der Umgebungstemperatur liegt. Dazu wird der Kompressor 22 angehalten, der Ventilator 1 läuft nach wie vor. In der Kühlphase III verbindet die Klappe 39 (4) folgende Elemente:

– einerseits den Weg 43, über den die Außenluft und der Kanal 20 (Weg 44) einströmen,
– andererseits den Kanal 18 (Weg 40), den Kanal 29 (Weg 41) und den Weg 42 für die Abluft.

Das führt dazu, dass:

– der Ventilator 1 den Außenluftdurchsatz über die Wege 43 und 44 ansaugt, und in Richtung Trockenraum 13 bläst, wodurch das faserige Material 14 abgekühlt wird,
– die Luft MV1 aus dem Trockenraum 13 über den Weg 42 nach außen abgegeben wird.

Wenn die Temperatur des Durchsatzes am Ausgang 15 des Trockenraumes 13 um die 40°C liegt, wird der Ventilator 1 angehalten und der Trockenzyklus ist beendet.

Claims

Verfahren zum Trocknen einer Wäschemasse (14), die sich in einem Trockenraum (13) befindet; das besagte Verfahren enthält den Schritt: – der Ventilation (1) über einen Ventilationskreislauf und durch die Wäschemasse (14) hindurch, die sich im besagten Trockenraum (13) befindet, von sehr feuchter Luft, deren Feuchtigkeitsgrad unter jenem liegt, der im Inneren des Trockenraumes herrscht, bei einem Druck nahe dem atmosphärischen Druck und bei einer Temperatur, die über jener des zu trocknenden Materials liegt; sodass es möglich ist, die Feuchtigkeit durch Verdampfung in Form von Wasserdampf aus der Wäschemasse zu ziehen; das besagte Verfahren wird weiter durch folgende Schritte charakterisiert: – die Rückgewinnung (22, 6) der Kondensationswärme aus dem Wasserdampf, der der Wäschemasse entzogen wurde, zum Erwärmen der feuchten Luft, – die Verwaltung der Auslässe (9, 10, 36, 43) zwischen der äußeren Umgebungsluft und der besagten Ventilation vor und nach dem Trockenraum; die besagten Auslasse (9, 10), die sich in jenem Teil des Ventilationskreislaufes befinden, die vor dem Trockenraum (13) liegen, ermöglichen so einen dauerhaften Massen- und Temperaturtausch in Richtung der äußeren Umgebungsluft; die besagten Auslässe (36, 43), die sich in jenem Teil des Ventilationskreislaufes befinden, die nach dem Trockenraum (13) liegen, ermöglichen so einen dauerhaften Massentausch über den Eingang der äußeren Umgebungsluft; sodass ein Temperatur- und Massenausgleich gewährleistet werden kann, ohne größere Mengen an feuchter Luft in die Umgebungsluft abzugeben; sodass es möglich ist, zumindest teilweise die natürlichen Auslässe mit einzubeziehen, im Speziellen im Bereich der beweglichen Teile während des normalen Betriebszyklus des Trockenprozesses.
Verfahren nach Anspruch 1; das besagte Verfahren ist dabei ausgelegt, um die Kondensationswärme des Wasserdampfes, der dem faserigen Material entzogen wurde, zurück zu gewinnen: – man entnimmt (17) einen Teil der feuchten Luft am Ausgang des Trockenraumes (13), – man komprimiert (22) den besagten entzogenen Teil, bevor man ihn in einen Kondensator (6) einführt, der sich an einem Kanal (11) am Eingang des Trockenraumes (13) befindet; sodass die Kondensierung im besagten Kondensator des besagten entzogenen Teiles die nötige Wärmeenergie liefert, um die feuchte Luft am Eingang des Trockenraumes zu erwärmen.
Verfahren nach Anspruch 2; das besagte Verfahren ist dabei so ausgelegt, dass: – man den entzogenen Teil auf einen solchen Druck komprimiert (22), dass die Kondensationstemperatur im Kondensator (6) zwischen 95°C und 135°C liegt; sodass die feuchte Luft am Eingang des Trockenraumes auf einen Temperaturwert zwischen 120°C und 130°C erwärmt wird.
Anlage zum Trocknen einer Masse an feuchtem faserigem Material (14), im Speziellen einer Wäschemasse; die besagte Masse an faserigem Material befindet sich dabei in einem Trockenraum (13); die besagte Anlage enthält: – einen Ventilationskreislauf (16, 18, 20, 1, 2, 3, 4, 11), über den der Trockenraum (13) mit sehr feuchter Luft versorgt wird, deren Feuchtigkeitsgrad unter jenem liegt, der im Inneren des Trockenraumes herrscht, bei einem Druck nahe dem atmosphärischen Druck und bei einer Temperatur, die über jener des zu trocknenden Materials liegt; sodass es möglich ist, die enthaltene Feuchtigkeit durch Verdampfung in Form von Wasserdampf aus der Wäschemasse zu ziehen; die besagte Anlage ist wie folgt aufgebaut: – ein Kreislauf zum Entziehen (17, 21, 22, 24, 6) der Kondensationswärme aus dem Wasserdampf, der dem faserigen Material entzogen wurde; der besagte Kreislauf ist dazu bestimmt, die feuchte Luft zu erhitzen; – entsprechende Durchlässe (9, 10, 43, 36) zwischen der äußeren Umgebungsluft und dem besagten Ventilationskreislauf, vor und nach dem Trockenraum; die besagten Durchlässe (9, 10), die sich an jenem Teil des Ventilationskreislaufs befinden, der vor dem Trockenraum (13) liegt, ermöglichen einen Massen- und Temperaturtausch in Richtung der äußeren Umgebungsluft; die besagten Durchlässe (43, 36), die sich an jenem Teil des Ventilationskreislaufs befinden, der nach dem Trockenraum (13) liegt, ermöglichen einen Massentausch durch die einströmende Umgebungsluft; sodass ein Temperatur- und Massenausgleich gewährleistet werden kann, ohne größere Mengen an feuchter Luft in die Umgebungsluft abzugeben; sodass es möglich ist, zumindest teilweise die natürlichen Auslässe mit einzubeziehen, im Speziellen im Bereich der beweglichen Teile während des normalen Betriebszyklus der Trockenanlage.
Trockenanlage nach Anspruch 4; die besagte Anlage ist dabei so gestaltet, dass im Umluftkreislauf folgende Bauteile vorhanden sind: – ein Ventilator (1) nach dem Trockenraum, – ein Kondensator (6) mit einem Kühlkreislauf; der besagte Kühlkreislauf befindet sich nach dem Ventilator (1) vor dem Trockenraum (13).
Trockenanlage nach Anspruch 5; die besagte Anlage ist dabei so gestaltet, dass der Entzugskreislauf, der dazu bestimmt ist, die Kondensationswärme aus dem Wasserdampf zu entziehen, der dem faserigen Material entzogen wird, folgendes enthält: – einen Kanal (17) zum Ableiten eines Teils der feuchten Luft am Ausgang des Trockenraumes (13) zu einem Kompressor (22), der sich vor dem besagten Kondensator (6) befindet, – ein Druckminderungs- und Ablassventil (26) oder eine volumetrische Expansionsturbine (37), die nach dem Kompressor (22) angebracht sind, zur Beibehaltung eines konstanten Kondensationsdrucks, – ein Phasenabscheider (28) nach dem Druckminderungs- und Ablassventil (26) oder der volumetrischen Expansionsturbine (37) zum Trennen des kondensierten Wassers aus der Luft; sodass die Kondensation im besagten Kondensator des besagten Teils der abgeleiteten feuchten Luft die nötige Wärmeenergie zum Erwärmen der feuchten Luft vor dem Eingang des Trockenraumes liefert.
Trockenanlage nach Anspruch 6; die besagte Anlage ist dabei so gestaltet, dass der besagte Kompressor (22) den abgeleiteten Teil der feuchten Luft auf einen Druck komprimiert, sodass die Kondensationstemperatur im Kondensator (6) zwischen 95°C und 135°C liegt; sodass die feuchte Luft am Eingang des Trockenraumes auf einen Temperaturwert zwischen 95°C und 135°C erwärmt wird.
Trockenanlage nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7; die besagte Anlage ist dabei so gestaltet, dass der besagte Kühlkreislauf des Kondensators (6) vorzugsweise im Kreuzstrom und Tendenz zum Gegenstrom läuft.
Trockenanlage nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 8; die besagte Anlage ist dabei so gestaltet, dass sie ein 5-Wege-Ventil (19) enthält, mit einem Weg für Abluft ins Freie.