Zeitschrift EE

Zurück zu den Beiträgen

Geschirrspüler mit thermochemischem Wärmespeicher

Andreas Hauer

Thermochemische Wärmespeicherung basiert auf der Trennung zweier Komponenten unter Wärmezufuhr als Ladevorgang und der Rückreaktion dieser Komponenten unter Wärmeabgabe als Entladung des Speichers. In einem offenen Adsorptionsprozess wird der Speicher geladen, indem ein heißer Luftstrom das im Adsorbens - in unserem Fall Zeolith - aufgenommene Wasser „desorbiert“. Das trockene Adsorbens kann dann wieder Wasserdampf adsorbieren und gibt dabei die gespeicherte Wärme wieder ab. Abbildung 1 zeigt diesen Vorgang schematisch.

Abbildung 1: Schema eines Adsorptionsprozesses

Ein solcher Speicherprozess konnte erfolgreich in einen Geschirrspüler integriert werden.

Abbildung 2: Zeitlicher Temperaturverlauf eines konventionellen Geschirrspülers

Konventioneller Spülvorgang

Nach dem Vorspülen wird das Spülwasser auf ca. 50 ° erwärmt. Danach beginnt der eigentliche Spülvorgang. Nach dem Spülen wird frisches Wasser noch einmal auf ca. 60 °C erwärmt, um die Trocknung des Spülgutes einzuleiten. Damit wird das Geschirr aufgeheizt, das Wasser auf dem Geschirr verdampft, kondensiert an der kälteren Außenwand des Spülers und läuft ab. Energie wird hauptsächlich in den beiden Aufheizvorgängen verbraucht.

Spülvorgang mit integriertem Sorptionsspeicher

Beim Spülprozess mit integriertem Sorptionsspeicher wird nun beim Laden des Speichers auch das Wasser zum Spülen erhitzt. Dazu wird heiße Luft mit über 300°C in die Zeolithschüttung geblasen. Die Luft verlässt die Schüttung mit ca. 60 °C und 100% Luftfeuchtigkeit. Der Wasserdampf kondensiert am kalten Geschirr und gibt die Kondensationswärme ab. Damit erhitzt sich das Spülwasser, das im Kreis gepumpt wird, bis auf die geforderten 50 °C und gleichzeitig wird der Zeolith desorbiert. Der Ladevorgang ist schematisch auf der linken Seite der Abbildung dargestellt.

Nach dem Spülvorgang wird die feuchte Luft aus dem Spülraum durch die Zeolithschüttung geblasen. Dabei wird die Feuchtigkeit adsorbiert und heiße und trockene Luft wird zur Trocknung des Geschirrs bereitgestellt. Für kurze Zeit können hier sehr hohe Temperaturen bis zu 200 °C auftreten. Da die Feuchtigkeit in der Spüleratmosphäre aber rasch absinkt, geht auch die Temperatur zurück. Die Luft aus dem Speicher bleibt aber immer sehr trocken. Am Ende des Trocknungsvorgangs ist das ganze Wasser im Zeolith adsorbiert.

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Adsorptionsspeichers im Geschirrspüler (Lade- und Entladevorgang)

Die Bedingungen im Spüler haben sich für die Integration eines Adsorptionsprozesses als sehr geeignet erwiesen: Bei der Desorption können hohe Temperaturen zur Verfügung gestellt werden und die Umgebung ist (zumindest am Anfang) kühl und bei der Adsorption steht anfangs eine hohe Luftfeuchtigkeit zur Verfügung.

Speicherwirkungsgrad

Abbildung 4: Zeitlicher Energiebedarf eines konventionellen (oben) und eines sorptiven (unten) Geschirrspülers

Damit können im Einsatz des Speichers hohe Temperaturhübe bis zu 150 K beim Entladen/Trocknen erreicht werden. Bezieht man die nutzbare Abwärme während des Ladevorgangs bei der Berechnung des Speicherwirkungsgrads mit ein, können - in Anlehnung an den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe Werte um 140 % erreicht werden. Die erreichte spezifische Speicherkapazität liegt bei 0,25 - 0,28 kWh/kg Zeolith.

Energieeinsparung

Mit der Integration des Sorptionsprozesses in den Geschirrspüler konnte der Energieverbrauch um ca. 25 % gesenkt werden. Der zeitliche Energieverbrauch des sorptiven Spülers ist in Abbildung 4 (unten) dargestellt. Im Vergleich zum konventionellen Spüler wird zwar etwas mehr Energie bei der ersten Wassererwärmung benötigt, zur Trocknung kann dann aber die gespeicherte Wärme eingesetzt werden.

Autorenbeschreibung

Dr. Andreas Hauer ist als Bereichsleiter für Energy Storage am Zentrum für Angewandte Energieforschung ZAE Bayern tätig ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. ).

Top of page