DE3102523C2 - Gegenstromwärmetauscher - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Wärmetauscher, die nach dem Gegenstromprinzip arbeiten, und deren Durchströmkanäle aus einzelnen wabenförmigen, aneinanderschließenden Elementen bestehen. Diese Elemente sind vorzugsweise als Folienbahnen, elastische Schläuche oder dünne Formplatten ausgebildet. Hohlkammerprofilplatten stellen eine stabile äußere Begrenzung bzw. einen Rahmen für den Wärmetauscher dar. Wärmetauscher nach der Erfindung dienen entweder als Einsatz für vorhandene Kamine oder bilden mit ihrer äußeren Begrenzung bzw. ihrem Rahmen den Abluftkamin.

Description

a) der Wärmetauscher als Folienwabenwärmetauscher (4; 16) ausgebildet ist, dessen Durchströmkanäle (A, B) aus einzelnen, im Abstand zueinander angeordneten parallelen Kunststofffolienbahnen (9,10) gebildet sind, die miteinander in regelmäßigen Abständen voneinander so verschweißt sind, daß ein wabenförmiger Querschnitt entsteht und die Seitenflächen der Zuluftkanäle die Begrenzungen der Abluftkanäle bilden,

b) der Wärmetauscher (4; 16) mit senkrecht verlaufenden Durchströmkanälen in einen vertikalen Abluftkamin oder Entlüftungsschacht des Stalles eingesetzt ist, wobei die Randbegrenzungen des Wärmetauschers so ausgebildet sind, daß jeweils zwei benachbarte Folienbahnen (9,10) mit ihren zugehörigen Enden zu Befestigungsstellen (12,13) zusammengefaßt sind, mit denen der Wärmetauscher im Abluftkamin oder im Entlüftungsschacht befestigbar ist,

c) am unteren Ende des Wärmetauschers ein Zuluftventilator (18) sowie ein Abluftventilator (14) an der Stalldecke befestigt und an das Zuluft- bzw. Abluft-Kanalsystem angeschlossen sind, und

d) unterhalb des Wärmetauschers (4; 16) eine Wasserauffangvorrichtung (17) vorgesehen ist, in der das sich bei der Abführung der Abluft an den vertikalen Wänden des Wärmetauschers, des Abluftkamin oder des Entlüftungsschachtes absetzende Kondensatwasser aufgenommen und abgeführt wird.

2. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den wabenförmigen Elementen gebildeten Durchströmkanäle (A, B) baukastenförmig elementweise erweiterbar sind.

3. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmkanäle (A, B) in der Weise ausgebildet sind, daß mäanderförmige Folienbahnen (9, 10) in der Größe der Elemente an entsprechenden Abständen miteinander verbunden sind.

4. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, der Schachtrahmen aus baukastenförmig zusammenfügbaren Rahmenelementen besteht.

5. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Durchströmkanäle (A, B) bildenden Folienbahnen (9,10) an den jeweiligen äußeren Begrenzungen paarweise miteinander fest verbunden, und mittels Spannvorrichtungen im Abluftschacht befestigt sind.

6. Gegenstromwärmetauscher nach einem der

Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchströmkanäle (A, B) ^ Folienschläuche ausgebildet sind.

7. Gegenstromwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der den Wärmetauscher bildenden Durchströmkanäle selbsttragend ausgebildet ist und den Kamin darstellt

8. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenelemente am einen Stirnende nutförmige Ausnehmungen (5) und am entgegengesetzten Ende vorspringende, hakenartige Stege (6) aufweist, die in die Ausnehmungen (5) einsetzbar sind.

9. Gegenstromwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wabenförmigen Elemente zur Erzielung einer möglichst großen Oberfläche reihenweise versetzt zueinander miteinander zu Hohlkammerprofilplatten (20) verbunden sind, und daß die Hohlplattenprofile am einen Ende Ansätze (27) und am anderen Ende Ausnehmungen (26) zum lösbaren Verbinden der einzelnen Hohlkammerprofile besitzen.

Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstromwärmetauscher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Der Anwendungsbereich derartiger Wärmetauscher sind insbes. Intensiv-Tierhaltungsställe und Naßarbeitsräume.

Bei derartigen Gegenstromwärmetauschern wird im Gegenstrom kalte Außenluft in parallelen Kanälen, die nicht direkt miteinander in Verbindung stehen, durch die Kanalwände hindurch von der Abluft erwärmt; dabei bildet jeder zweite Zwischenraum ein Kanalsystem für die in die eine Richtung zu leitende Frischluft und jeder zweite Zwischenraum ein entsprechendes Kanalsystem für die in entgegengesetzte Richtung zu leitende Abluft An den Schachtenden sind wahlweise in Schachtlängsachsen oder senkrecht dazu Ein- und Austrittsöffuungen vorgesehen. Solche Wärmetauschersysteme sind als Platten-, Rohr- oder Folienwärmetauscher bekannt, die aus den verschiedensten Werkstoffen, z. B. Stahlblech, Alublech, Edelstahl, Glasrohr oder Kunststoffplatten bestehen. Der Nachteil derartiger bekannter Wärmetauscher besteht zum Teil in der erhöhten Korrosionsanfälligkeit bei agressiven Medien, zum Teil in sehr teuren Rohmaterialien und Ausführungen, zum Teil in hohem Gewicht und Bruchempfindlichkeit bei Glasrohren.

Aus der DE-OS 25 23 151 ist eine Wärmetauscheranordnung bekannt, bei der die Trennwände aus einem einzigen leporelloartig gebogenen, dünnen Metallblech oder Folienstreifen bestehen und von Stützelementen getragen in einen Rahmen eingesetzt sind.. Bei einem derartigen Wärmetauscher ist die Gesamtheit der Trennwände aus einem kontinuierlichen Metallblech bzw. Folienstreifen hergestellt und an den Faltungsstellen sind Stützelemente eingesetzt, die den Abstand zweier benachbarter Trennwände aufrechterhalten. Hierzu werden z. B. in Querrichtung verlaufende, zwischen die Trennwände gelegte Wellstreifen vorgesehen.

Eine derartige Ausgestaltung arbeitet nur einwandfrei, wenn in beiden Kanalsystemen des Wärmetauschers ähnliche Drücke herrschen. Bei größeren Druckunterschieden sind zwischen die Trennwände gesetzte Ab-

Standshalter unvermeidlich, die die Gesamtanordnung relativ kompliziert und aufwendig machen. Des weiteren sind derartige Anordnungen jeweils für eine fest vorgegebene Größe eines Wärmetauschers bestimmt, so daß die Herstellung im Baukastenprinzip nicht möglich ist

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, einen Gegenstromwärmetauscher der gattungsgemäßen Art so auszugestalten, daß er für den Einbau und Betrieb und landwirtschaftlichen Stallungen besonders gut geeignet ist, da3 er einen hohen Wirkungsgrad bei geringen Anschaffungskosten besitzt, daß er besonders einfach und kostengünstig in herkömmliche Tierställe eingebaut werden kann und daß er weitestgehend wartungsfrei und ohne Reinigungsanlagen arbeitet

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 1 erreicht Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Gegenstromwärmetauscher nach der Erfindung ist für den Einsatz in landwirtschaftlichen Tierställen konzipiert und hat gegenüber bisher in der Landwirtschaft eingesetzten Wärmetauschern den entscheidenden Vorteil, daß zusätzlich zu einer Wärmerückgewinnung und damit Energieeinsparung durch die vorgewärmte trockenere Stalluft ein wesentlich besseres Stallklima erzielt wird, daß er in bestehende Abluftkamine auf einfache und wirtschaftliche Weise eingebaut werden kann, so daß zusätzliche Schächte oder Kamine entfallen, und daß — bedingt durch die langen, senkrechten, glatten Wärmetauscherflächen (Folien) — dis anfallende Kondenswasser eine Selbstreinigung der Wärmetauscherflächen bewirkt so daß die Anordnung in hohem Maße wartungsfrei arbeitet und eine Reinigungsanlage entfallen kann.

Der Wärmetauscher nach der Erfindung ist aus PVC-Folien hergestellt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Folienwärmetauschern, die schichtweise aufgebaut sind, sind die Folien im Falle vorliegender Erfindung in Wabenform angeordnet Durch die wabenförmige Vernetzung der einzelnen Zuluft- und Abluftkanäle werden große Wärmetauscherflächen erreicht, so daß ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann. Dieser hohe Wirkungsgrad ist dadurch bedingt, daß aufgrund der relativ großen Abstände der Folie voneinander die Luftwiderstände klein und dadurch die Abluftgeschwindigkeiten niedrig gehalten werden können.

Aus Gründen des Wärmedurchganges ist es erforderlich, die Durchströmkanäle mit sehr dünnea Begrenzungswänden auszubilden. Dies ist bei Folien nur dann möglich, wenn in beiden Kanalsystemen des Wärmetauschers etwa gleiche Drücke herrschen, was bei Lüftungssystemen nur zum Teil der Fall ist Durch den zellenartigen Aufbau der Begrenzungswände der Strömungskanäle stabilisieren sich die einzelnen Lüftungskanäle gegenseitig bei herrschendem Überdruck und sogar bei einseitigem Unterdruck, z. B. auf der Zuluftseite. Dadurch erübrigen sich aufwendige Spann- und StützvorHchtungen. Bedingt durch diese Eigenstabilität ist der Einbau derartiger Wärmetauscher auch in runde Abluftschächte und der nachträgliche Einbau in vorhandene Abluftschächte möglich.

Durch die die Strömungskanäle bildenden Einzelwaben wird warme und feuchte Innenluft durch natürlichen Kaminzug sowie durch Ventilatorzwangslüftung nach außen gedrückt. Durch die Abkühlung der feuchten Abluft kommt es zur Kondensatbildung im Inneren des Abluftsystems. Das Kondenswasser reinigt dabei auf seinem Weg nach unten die Plaiteninnenseite von abgelagerten Staubteilchen, so daß hierbei ein Selbstreinigungseffekt erzielt wird. Die zusätzlich frei werdende Kondensationswärme geht ebenfalls in die Zuluft über. Die gerachbehafteten Feinstaubteilchen der Abluft wie sie bei der Intensivhaltung von Tieren auftreten, werden überwiegend an der feuchten Innenwand eines Einzelschachtes niedergeschlagen und fließen mit dem Kondenswasser ab. Bei geringer Abluftfeuchte, (z. B. im

ίο Sommer) kann die Hohlkammerinnerrwand durch zusätzliche Sprüheinrichtungen befeuchtet werden, um die Staubteilchen abzuführen und eine Reinigungswirkung zu erzielen.

Bei geringen Außenabmessungen ist eine relativ große Wärmetauschfläche möglich, die bei kleinen Wanddicken (aufgrund des wabenförmigen Aufbaues) mit ausreichender statischer Festigkeit eine hohe Wärmeleistung ergibt
Eine baukastenförmige Erweiterung sowohl der Schacht- als auch der Wärmetauscherelemente ist sowohl in Längs- wie auch in Querrichtung möglich, und die Länge des Gesamtsystems läßt sich ohne Schwierigkeiten den gebäudebedingten Gegebenheiten wie auch dem Leistungsbedarf anpassen.

Der wabenförmige Aufbau der Wandungen der Durchströmkanäle ist für Wärmetauscher sowohl in kreisrunder, elliptischer, quadratischer, rechteckförmiger oder anderer entsprechender Konfiguration geeignet Dieses Wabensystem läßt sich sowohl für Folien als auch für parallel zueinander geführte Einzelschläuche, z. B. Folienschläuche verwenden, wobei in letzterem Falle die Schläuche an den Enden aufgeschnitten und schlitzartig aneinandergeschweißt bzw. geklebt werden, so daß an diesen Enden Luftzuführungen und Luftabführungen entstehen.

Bei Verwendung in Tierställen ist es zweckmäßig, eine Umschaltmöglichkeit auf Sommerbetrieb vorzusehen und den Kamin stufenlos abzuschalten sowie eine getrennte Luftzufuhr vorzusehen. Die stufenlose Kaminabschaltung kann beispielsweise durch eine Klappenregelung erfolgen, die an sich bekannt ist.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein wabenförmig gestaltetes Wärmetauscherelement in schematischer Darstellung,

F i g. 2 in vergrößertem Maßstab den Aufbau der äußeren Begrenzung in Form einer einzelnen Profilplatte, F i g. 3 eine Darstellung ähnlich der F i g. 2, jedoch in Form einer Eckverbindung zweier zusammengehöriger Profilplatten,

F i g. 4 wechselweise verbundenen Einzelfolien im Betriebszustand,

F i g. 5 die Anordnung nach F i g. 4 in gefaltetem Zustand,

F i g. 6 im schematischen Längsschnitt die Luftführung des Gegenstrom-Wärmetauschers,
Fig.7 eine Schnittdarstellung längs der Linie A-A derFig.6,

F i g. 8 eine Schnittdarstellung längs der Linie ß-ßder Fig. 6,

Fig.9 eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauschers in großflächigen Hohlkammerprofilplatten,

Fig. 10 eine vereinfachte Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines wabenförmigen Plattenwärmetauschers und
Fig. 11 eine Ausführungsform der Erfindung mit Fo-

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lienschläuchen. durch Verspannen dieser Seile befestigt und fixiert.

Bei dem wabenförmigen Wärmetauscherelement 1 ist Die Luftführung des Gegenstromwärmetauschers die äußere Begrenzung aus Stabilitäts- und Isolations- nach der Erfindung ist in den F i g. 6,7 und 8 schematisch gründen aus Hohlkammerprofilplatten 3 hergestellt, die dargestellt Der Ventilator 14 (F i g. 7) saugt erwärmte das tragende Gerippe des Folienwärmetauschers 4 dar- 5 feuchte Luft an, die über die schräge Fläche 15 in das stellen und gleichzeitig den Abluftkamin herkömmlicher Wabensystem 16 eingeblasen und durch den Wärmetau-Art bilden bzw. ersetzen oder als Einsatz für vorhande- scher geführt wird. Am oberen Ende des Wärmetaune Kamine verwendet werden. Die Hohlkammerprofil- schers verläßt diese Abluft den Wärmetauscher in platten 1, die vorzugsweise aus Kunststoff bestehen, axialer Richtung. Das beim Wärmetauscher auftretende sind in ihrer Gestalt so aufgebaut, daß sie entsprechend io Kondensat wird in einer Rinne 17 aufgefangen. Die dem Leistungsbedarf des Wärmetauschers baukasten- Frischluftzuführung erfolgt in ähnlicher Weise, wie in förmig sowohl in Längs- als in Querrichtung zu beliebig F i g. 8 dargestellt. Der Ventilator 18 saugt kalte Außengroßen Schächten zusammengesetzt werden können. luft durch seitliche Schlitze 19 im Gegenstrom durch das Sie weisen z. B. an einer schmalen Längsseite nutförmi- Wabensystem, nimmt dabei Wärme aus der feuchten ge Hinterschneidungen bzw. Ausnehmungen 5, und auf 15 Abluft auf, und führt die erwärmte Luft anschließend in der gegenüberliegenden schmalen Längsseite vorsprin- das Rauminnere ein.

gende hakenartige Stege 6, die in die nutförmigen Aus- Bei der Ausführungsform des Wärmetauschers nach

nehmungen 5 der vorausgehenden Profilplatte 3' einge- F i g. 9 sind großflächige Hohlkammerprofilplatten 20

drückt und so zu einem festen Element verbunden wer- vorgesehen, die die Form einzelner, in Reihen aneinan-

den. Eckstücke werden in entsprechender Weise herge- 20 dergesetzter Rauten haben und bei denen das Prinzip

stellt, indem zu der Ausnehmung 5 um 90° versetzte des wabenförmigen Aufbaus mit möglichst großer

identische Ausnehmungen 7 vorgesehen sind. Die In- Oberfläche angewendet wird. Dabei bilden die Hohl-

nenseite des auf diese Weise gebildeten kaminartigen kammerprofilplatten die Kanäle A und die Hohlräume

Schachtes ist in Längsrichtung mit pfeilförmig gestalte- zwischen jeweils zwei Platten die Kanäle B. Zum strö-

ten Schlitzen 8 versehen, die einerseits zur Bildung des 25 mungsgünstigen Einführen der Zuluft bzw. Abführen

vorbeschriebenen Eckstückes verwendet werden, ande- der Abluft sowie für eine einfachere Reinigung wird

rerseits aber zur Fixierung und Befestigung des einge- anstelle des Rautenprofiles ein ellipsenförmiges Profil

hängten Folienwärmetauschers 4 dienen. der Hohlkammer angewandt Dabei ist die Hauptachse

Das Grundprinzip des wabenförmigen Aufbaus eines 21 gegenüber der Schachtaußenkontur 22 so geneigt Wärmetauschers ist in Fig. 4 dargestellt Bei der ge- 30 daß der durch zwei Platten gebildete Hohlraum 23 einen zeigten Ausführungsform sind Einzelfolien 9, 10 in be- wellenförmigen Verlauf ergibt bzw. daß ein in den Hohlstimmten Abständen miteinander verbunden, z. B. ver- raum gerichteter Vorsprung jeweils einer Vertiefung 25 schweißt oder verklebt, so daß Kammern A und B ent- gegenüberliegt, die durch zwei benachbarte Profile auf stehen; wobei die Kammern A im Betriebszustand in der Gegenplatte gebildet sind. Dies wird dadurch erentgegengesetzter Richtung zu den Kammern B durch- 35 reicht, daß die Vorderkontur einer Platte 20 gegenüber strömt werden. Die Kanäle A und B werden je zu einem der rückseitigen Kontur der gleichen Platte um t /2 ver-Einlaß und einem Auslaß zusammengefaßt, indem die setzt ist

Verbindung (Schweißung) der Wabenfolie im Ein- bzw. Die Hohlkammerprofilplatten 20 weisen an einer Auslaßkopf unterbrochen wird und die Folien zu fächer- schmalen Längsseite nutenförmige Hinterschneidungen artigen Platten verspannt werden, wodurch der seitliche 40 bzw. Aussparungen 26 und auf der anderen, gegenüber-Luftaustritt ermöglicht wird. Die Länge einer derartigen liegenden schmalen Längsseite vorspringende hakenar-Wabenanordnung (senkrecht zur Zeichenebene) ist da- tige Stege 27 auf, die durch leichtes Klopfen in die nutbei durch die baulichen und leistungsmäßigen Gegeben- förmige Ausnehmung des vorhergehenden Profils einheiten bedingt und beträgt im Regelfalle mehrere Me- gedrückt und damit zu größeren Elementen zusammenter. Die dadurch ausgebildeten Durchströmkanäle wer- 45 setzbar bzw. zusammenknüpfbar sind,
den etwa zu gleichen Teilen für die Zuluft- und für die Ein spezielles Außenverkleidungs- und Verbindungs-Abluftführung verwendet und bilden den Zuluft- und profil 22, das die Schachtaußenkontur festlegt, ist so den Abluftschacht Der gegenseitige Abstand der geformt, daß es sowohl den Abstand der Platten zuein-Längsnähte 11 definiert die Größe der einzelnen Zuluft- ander fixiert als auch bei größeren Einheiten als Zwischächte (A) bzw. Abluftschächte (B). Durch Hinzufü- 50 schensteg wirkt Ein solches Profil stellt zugleich eine gen einer dritten, einer vierten und weiterer Folien und Isolierung gegenüber der Außenatmosphäre dar und durch jeweiliges Verbinden dieser Folien auf Lücke zu dichtet die einzelnen Platten gegeneinander ab. Die den vorausgehenden Verbindungsstellen 11 kann ein Verbindung der einzelnen Profile 22 miteinander erfolgt beliebig großes Element hergestellt werden. Dieses EIe- beispielsweise in ähnlicher Form wie bei den Hohlkamment wird bevorzugt in gefaltetem Zustand nach F i g. 5 55 merprofilen 20, nämlich durch Ausnehmungen 26 und zur Einbaustelle gebracht und erst nach dem Einfädeln hakenartige Stege 27. Des weiteren weisen die einzelin bestehende Abluftkamine oder in Abluftkamine nach nen Profile 22 entsprechende Ausnehmungen 26 und Fig. 1 an den längsseitigen ösen 12 auseinandergezo- hakenartige Stege 27 zum Anschließen der Hohlkamgen, so daß die in F i g. 4 gezeigte wabenförmige Konfi- merprofilpiatten 20 auf.

guration erhalten wird. Die Ösen 12 sowie die seitlichen 60 F i g. 10 stellt eine sehr vereinfachte Ausführung eines Stabilisierungsösen 13 werden bei Herstellung des wa- wabenförmigen Plattenwärmetauschers dar, der eine benförmigen Aufbaus an den umlaufenden Außenflä- selbsttragende Konstruktion mit Isolierung 28 bildet chen durch zusätzliches Schlaufeniegen in voller Länge und bei dem die baukastenförmige Erweiterungsmögbzw, teilweise angearbeitet Die in diesen ösen aufge- lichkeit beibehalten ist Diese Ausführungsform hat den nommenen Seile oder Schnüre dienen zur Befestigung 65 Vorteil der leichten Reinigung und der einfachen Luftdes Folienwärmetauschers in den pfeilförmig ausgebil- führung. Die wabenförmige Ausgestaltung stellt dabei deten Schlitzen 8 nach Fig.2. Bei Abluftschächten mit jeweils den Kanal A, der jeweils dazwischenliegende glatter Innnenfläche wird der Folienwärmetauscher Raum Kanal B dar. Die mittige Trennung 29 veran-

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schaulicht das Baukastensystem.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 11 sind eine Vielzahl von Folienschläuchen 30 vorgesehen, die dieJCanä-Ie A ausbilden, während die Zwischenräume 31..zwischen den Folienschläuchen 30 die Kanäle B bilden. Die
einzelnen Folienschläuche können dabei wahlweise fest
miteinander verbunden sein oder lose, aneinander.anliegend bzw. voneinander getrenntangeordnetsein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen io

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gegenstromwärmetauscher für landwirtschaftliche Ställe mit Entlüftung, zur Nutzung der Wärmeenergie der verbrauchten, aus dem Stall abgeführten Abluft durch Erwärmung der in den Stall eingeführten Frischluft, mit parallelen Reihen von Durchströmkanälen aus dünnwandigem Material, wobei jeweils zwei unmittelbar aneinander anschließende Reihen von Durchströmkanälen in entgegengesetzter Richtung durchströmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß