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BESCHREIBUNG
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Wärmetauscher für Viehställe TECHNISCHES GEBIET Die Erfindung betrifft
einen Wärmetauscher für Viehställe gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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STAND DER TECHNIK Ein derartiger Wärmetauscher ist aus der Deutschen
Landwirtschaftszeitung 1983, Heft 2, S. 209 bekannt. Im angegebenen Heft ist auf
den Seiten 202 - 209 ein ausführlicher Überblick über Wärmetauscher für Viehställe
gegeben.
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Wärmetauscher in Viehställen werden an Stellen montiert, wo sie möglichst
wenig stören, also zum Beispiel m Ende eines Ganges oder Uberwiegend unter der Decke.
Die warme Abluft aus dem Stall wird von einer möglichst warmen Stelle, z. B.
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von direkt unterhalb der Decke oder unterha.lb dem Da.ch des Stalles
abgesogen und in den Wärmetauscher geführt, wo sie Wärme an Tauscherflächen abgibt.
Die abgekühlte Stalluft wird da.nn durch einen Luftka.nal in einen im wesentlichen
senkrecht stehenden Abluftkamin geleitet.
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Alle beka.nnten Wärmetauscher für Viehställe haben den Nachteil, daß
sie Montagera.um innerhalb des Stalles beanspruchen und daß eine aufwendige Installation
der Abluftleitungen erforderlich ist.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG Der Erfindung liegt die Qufga.be zugrunde,
einen Wärmetauscher für Viehställe der eingangs genannten Art anzugeben, der so
ausgebildet ist, daß er möglichst wenig Platz im Stallinneren benötigt und der einfach
zu installieren ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist im Hauptanspruch gekennzeichnet. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher zeichnet sich dadurch aus, daß
er als Modul mit einer solchen Form ausgebildet ist, daß er direkt in einen schon
vorhandenen Abluftkamin einschiebbar ist. Der Wärmetauscher benötigt dann keinerlei
zusätzlichen Platz, da er Ja nur das ansonsten hohle Innere des Abluftkamines ausfüllt.
Bei dieser Anordnung entfällt aber auch die Notwendigkeit der Installation eines
Abluftrohres vom Wärmetauscher zum Abluftkamin. Weiterhin ist es nicht erforderlich,
für den Wärmetauscher ein besonderes Gehäuse zu bauen, da der Abluftkamin als Gehäuse
für den Wärmetauschermodul dient.
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Insgesamt ergibt sich so ein raumsparender, leicht zu montierender
und billiger Wärmetauscher.
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Ein langgestreckter Wärmetauscher für Stallbelüftung ist bereits aus
der DE-OS 25 56 630 bekannt. Dieser weist allerdings ein Gehäuse auf, ist also nicht
für den Einschub in einen Kamin gedacht, der die Gehäusefunktion übernimmt. Das
Gehäuse weist gleichbleibenden rechteckigen Querschnitt auf.
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Der Wärmetauscher wird waagerecht angeordnet, vorteilhafterweise mit
geringfügiger Neigung, damit an seinen Enden niedergeschlagenes Kondenswasser abläuft.
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Ein Zu- und Abluftkanal mit in diesem angeordnetem Wärmetauscher ist
aus dem DE-GM 78 14 392 bekannt. Ein Kanal ist durch eine Trennwand in zwei Teilkanäle
für die Zuluft bzw. die Abluft geteilt. Die benachbarten Kanäle werden durch einen
Wärmetauscher miteinander verbunden. Es handelt sich um einen relativ komplizierten
Aufbau, der für nachträglichen Einbau z.B. in einen Abluftkamin nicht geeignet ist.
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Von besonderem Vorteil ist es, als Wärmetauscherrohre Kunststoffrohre
mit einem Durchmesser bis zu einigen wenigen Zentimetern, z.B. 1-3 cm, zu verwenden.
Diese Rohre haben den Vorteil, daß sie korrosionsbeständig und selbstreinigend sind.
An den senkrecht stehenden Rohren kondensiert nämlich in der Abluft enthaltene Feuchtigkeit
und fließt an den Rohrwandungen nach unten. Dadurch werden Schmutzteile mitgenommen,
die sich aus der Abluft heraus an der Rohrwand abgesetzt haben. Das Kondenswasser
mit dem mitgenommenen Schmutz wird durch eine unten am Wärmetauscher befestigte
Kondenswasserwanne aufgefangen und abgeleitet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Die Erfindung wird im folgenden
an Hand von Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Schnitt
durch einen in einem senkrecht stehenden Abluftkamin montierten Wärmetauschermodul;
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Wärmetauschermoduls mit kreisrunden
Kunststoffrohren; Fig. 3 einen schematischen Teilquerschnitt durch eine obere Ha.lterung
mit eingesetztem Kunststoffrohr und eingesetzter Dichtung; und Fig. 4 einen schematischen
Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1, jedoch durch einen Modul mit rechteckigen
Rohren.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG Die Figuren 1 - 5 zeigen verschiedene
Ansichten eines Wärmetauschermoduls 10, der in einen senkrecht stehenden Abluft
kamin 11 eingeba.ut ist. Der Abluftkamin 11 ist an der Decke 12 und am Dach 15 eines
Stalles mit Winkeln 14 befestigt. Der Wärmetauschermodul 10 ist von unten in den
Abluft kamin 11 eingeführt und an der Decke 12 mit Schrauben 15 befestigt.
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Der Wärmetauschermodul 10 weist im wesentlichen eine Vielzahl von
Kunststoffrohren 16 a.ls Wärmetauscherrohre, eine obere Rohrhalterung 17 und eine
untere Rohrhalterung 18 auf. Die Länge 1 der Kunststoffrohre beträgt z. B. 1,5 m,
ihr Außendurchmesser
dR beträgt 15,2 mm und ihre Wandstärke w 1,7
mm.
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Es sind dies die Abmessungen von Rohren, wie sie z. B. auch zum Verlegen
von elektrischen Leitungen verwendet werden.
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Zum Aufnehmen der Kunststoffrohre 16 weisen die beiden Rohrhalterungen
17 und 18 Bohrungen 19 auf, deren Innendurchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser
der Kunststoffrohre 16 entspricht. Die Kunststoffrohre werden also in die Bohrungen
19 eingepreßt, damit sie gut abgedichtet sitzen.
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Zur weiteren Abdichtung ;und zusätzlichen Befestigung sind die Rohre
16 weiterhin über Klebestellen 20 mit den Rohrhalterungen 17 und 18 verbunden.
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Die obere Rohrhalterung 17 weist einen Außendurchmesser dA auf, der
im wesentlichen dem Innendurchmesser dI des Abluftkamins 11 entspricht. Abluftkamine
11 in Viehställen weisen üblicherweise Durchmesser von 40, 50 oder 60 cm auf. Entsprechend
beträgt der Außendurchmesser dA der oberen Rohrhalterung 17 etwa 39, 49 bzw. 59
cm. An ihrem äußeren Umfang weist die obere Rohrhalterung 17 eine Dichtung 21 auf,
die die obere Rohrhalterung 17 gegen die Innenwand des Ablurtkamins 11 abdichtet
und dabei gleichzeitig Durchmesserschwankungen des Abluftkamins 11 ausgleicht. Die
Dichtung 21 ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in eine Nut
in der oberen Rohrhalterung 17 eingezogen. Die Dichtung kann aber in jeder beliebigen
anderen Form ausgebildet und befestigt sein.
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Die untere Rohrhalterung 18 ist quadra.tisch ausgebildet, so daß sie
einen über den Durchmesser des Abluftkamins 11 überstehenden Teil aufweist. In diesem
überstehenden Teil sind Befestigungslöcher 22 vorhanden. Durch diese Befestigungslöcher
22 hindurch erfolgt die Befestigung an der Decke 12 mittels der Schrauben 15, wie
bereits oben angegeben. Es ist
Jedoch auch möglich, daß auch die
untere Rohrhalterung nur den Durchmesser des Abluftkamins 11 aufweist, daß also
der Wärmetauschermodul 10 ganz in den Abluftkamin 11 eingeschoben wird. Dann wird
der Modul 10 durch eine besondere Halteplatte am Wiederherausrutschen na.ch unten
gehindert.
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Die Funktionsweise des Wärmetauschers wird nun an Hand von Fig. 1
beschrieben. Der Wärmetauschermodul 10 ist in Funktionsstellung in den Abluftkamin
11 ganz eingeführt. Der Abluftkamin bildet damit da.s Gehäuse für den Modul. Dadurch
besteht ein eingeschlossenes Luftvolumen zwischen der oberen Rohrhalterung 17, der
unteren Rohrhalterung 18 und dem dazwischen liegenden Teil des Abluftkamins 11.
Am AbluStkamin 11 ist dicht unterhalb der Lage der oberen Rohrhalterung 17 ein Frischluftansaugstutzen
23 angebracht. Dicht oberhalb der Lage der unteren Rohrhalterung 18 ist am Abluft
ka.min 11 ein Frischluftausblasstutzen montiert, der mit einer Ausblasöffnung 25
in der Decke 12 verbunden ist.
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Im Frischluftansaugstutzen 23 ist ein Lüfter 26 für Frischluft montiert,
der Frischluft in das oben beschriebene, eingeschlossene Volumen bläst, wodurch
die Frischluft nach unten an den Außenwänden der Kunststoffrohre 16 vorbeistreicht
und dann durch den Frischluftausbla.sstutzen 24 und die Ausblasöffnung 25 in den
Stall eintritt.
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Auf der oberen Rohrhalterung 17 ist ein zum Wärmeta.uschermodul 10
gehöriger Lüfter 27 für Abluft innerhalb einer Luftleithaube 28 montiert. Diese
vorteilhafterweise zum Modul 10 gehörigen Teile sind der Ubersichtlichkeit halber
in Fig. 2 nicht dargestellt. Dem Lüfter 27 für Abluft wird über eine elektrische
Leitung 29 Spannung zugeführt. Diese elektrische Leitung 29 durchdringt die beiden
Rohrhalterungen 17 und 18
und ist über einen Stecker 30 mit einer
Steckdose 31 an der Decke 12 des Stalles verbindbar. Damit benötigt auch der Anschluß
des Lüfters 27 keinen besonderen Arbeitsaufwand.
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Der Lüfter 27 für Abluft saugt Abluft durch die Kunststoffrohre 16
hindurch aus dem Stall ab. Warme Abluft 32 dringt von unten in die in der unteren
Rohrhalterung 18 befestigten Kunststoffrohre 16 und verläßt die Kunststoffrohre
16 abgekühlt an ihrem oberen Ende in der oberen Rohrhalterung 17.
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Der Wärmetauscher a.rbeitet also im Gegenstromprinzip. Die erwärmte
Abluft streicht von unten nach oben innerhalb der Kunststoffrohre 16, während kühlere
Frischluft von oben nach unten an der Außenseite der Rohre 16 entlangstreicht. Auf
dem Strömungsweg kühlt sich die Abluft ab und die Frischluft erwärmt sich.
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Beim Abkühlen der warmen und feuchten Abluft aus dem Stall kondensiert
Feuchtigkeit an den Innenwa.ndungen der Kunststoffrohre 16. Das Kondenswasser fließt
nach unten und reinigt dabei die Wandungen der Rohre von abgelagertem Schmutz.
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Das Kondenswasser tropft da.nn in eine unten an der unteren Rohrhalterung
18 befestigte Kondenswasserwanne 33. Deren Boden ist auf einen Ablaufstutzen 34
zu geneigt, durch den das schmutzige Kondenswasser über eine Kondenswasserleitung
35 abgefUhrt wird.
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Die Kunststoffrohre 16 sind bei der in den Fig. 1 - 3 dargestellten
Ausführungsform in einem Wa.benmuster in den beiden Rohrhalterungen 17 und 18 mit
einem gegenseitigen Abstand von etwa 3 mm angeordnet. Es sind insgesamt etwa 450
Rohre mit einer Tauscherfläche von etwa 22 m2 vorhanden.
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Die zahlreichen Rohre sind in Fig. 1 nur schematisch als Striche dargestellt
und in Fig. 2 sind nur einige wenige
Rohre und einige wenige Durchstoßpunkte
der Rohre durch die Rohrhalterungen gezeichnet. Die Rohre können statt aus Kunststoff
auch aus Glas oder aus Metall gefertigt sein.
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Glas ist Jedoch wegen der erhöhten Bruchgefahr und Metall wegen des
hohen Preises für korrosionsbeständiges Metall weniger vorteilhaft als Kunststoff.
Entsprechendes gilt für die Halterungen 17 und 18, die ebenfalls vorteilhafterweise
aus Kunststoff gefertigt sind. Die Verwendung von Kunststoff hat auch den Vorteil,
daß der gesamte Modul mit den oben angegebenen Abmessungen nur etwa. 70 - 80 kp
wiegt.
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Durch das geringe Gewicht des Wärmetauschermoduls und seine einfache
Montierbarkeit ist es auch auf einfache Art und Weise möglich, diesen wieder leicht
zu entfernen. Wird der Wärmetauscher im Sommer nicht benötigt, so kann der Wärmeta.uschermodul
10 entfernt werden und dann der Abluftkamin 11 als normaler, frei durchströmbarer
Abluftkamin verwendet werden. Dazu ist lediglich der Stecker 30 aus der Steckdose
31 zu ziehen und die vier Schrauben 15 sind zu lösen. Dann wird der Modul 10 nach
unten abgelassen, und es wird ein Lüfter an der Stelle befestigt, an der zunächst
die untere Rohrhalterung 18 montiert wa.r. Im Frischluftansaugstutzen 23 und im
Frischluftausblasstutzen 24 werden Schieber 76 geschlossen. Zum Wiedermontieren
des Moduls 10 werden die ganzen Arbeitsgänge in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt.
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Die Wärmetauscherohre müssen nicht notwendigerweise kreisrund ausgeführt
sein, wie dies in den bisherigen Ausführungsformen angegeben ist. Vielmehr ist es
auch möglich, rechteckförmige, parallel zueinander liegende Rohre zu verwenden,
wie sie im Sahnitt in Fig. 4 dargestellt sind. Die Abbildung gemäß Fig. 4 zeigt
nur 5 rechteckförmige Rohre 16. Die Zahl der Rohre wird vorteilhafterweise so gewählt,
daß die Wärmetauscherfläche möglichst groß, der Durchströmwiderstand und die Verschmutzungsgefahr
aber noch erträglich gering sind.
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Bei senkrecht stehenden Rohren, wie sie bei anmeldegemäßen Wärmetauschern
immer vorliegen, tritt in der Regel ein ausreichender Selbstreinigungseffekt in
den Abluftkanälen auf, in denen Wasser kondensiert. In den Zulurtkanälen erfolgt
jedoch keine Kondensbildung und somit auch keine automatische Reinigungswirkung.
Allerdings ist die Zuluft in der Regel erheblich weniger verschmutzt als die Abluft.
Für Fälle mit stark verschmutzter Zuluft oder auch sehr sta.rk verschmutzter Abluft
ist es von Vorteil, am oberen Ende des Wärmetauschermoduls 10 noch eine Spüleinrichtung
so anzubringen, daß sie von Zeit zu Zeit Wasser in die Rohre 16 und erforderlichenfalls
auch in die Zwischenräume zwischen den Rohren spritzen kann.
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Unabhängig von der Querschnittsform der verwendeten Rohre werden diese
so angeordnet, daß der Modul mit seinen Rohren den Abluftkanal über die von ihm
bea.nspruchte Länge so weit wie möglich ausfüllt. Dadurch ist gewährleistet, daß
die zur Verfügung stehende Wärmetauscherfläche so groß wie möglich und damit der
Wärmetausch-Wirkungsgrad ebenfalls so hoch wie möglich wird. Die Wandstärke der
Rohre wird so dünn wie möglich gewählt, damit der Wärmeübergang von der warmen Innenseite
zur kalten Außenseite so schnell wie möglich erfolgt und damit der Wärmeaustausch
zwischen der warmen und feuchten Stallluft und der frischen Zuluft so effektiv wie
möglich erfolgen kann.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform weist der Modul einen Aufbau
auf, bei dem die obere Rohrhalterung an den Querschnitt des Kamines angepaßt ist.
Die untere Rohrhalterung ist zugleich als Befestigungsplatte für den gesamten Modul
am Kamin ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, einen anmeldegemäßen Wärmetauschermodul
von oben in einen Kamin einzuführen. Dann muß zumindest die untere Rohrhalterung
an den Querschnitt des Kamines angepaßt sein. Die obere Rohrhalterung kann dann
über den Querschnitt des Kamines überstehen, so daß der Modul auf dem Oberrand des
Kamines aufliegend gehalten wird.
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Es ist zu beachten, daß die Wärmetauscherrohre 16 relativ dicht beieinander
stehen und dadurch für Luft, die durch den Frischluftansaugstutzen 23 eingeblasen
wird einen relativ großen Widerstand darstellen. Andererseits ist die äußerste Reihe
der Rohre von der Wand des Abluftkamines 11 etwas beabstandet, so daß ein Spalt
37 zwischen dem Kamin 11 und der äußersten Reihe der Rohre 16 entsteht, wie er im
Querschnitt gemäß Fig, 4 für die Anordnung mit den rechteckförmigen Rohren eingezeichnet
ist, Der entsprechende, relativ breite Spalt besteht aber auch um die äußersten
Rohre der Anordnung gemäß Fig. 2 herum. Wenn nun Luft durch den Frischluftansaugstutzen
22 eingeblasen wird, so wird nur ein Teil der Luft durch den Zwischenraum zwischen
den Rohren 16 strömen, während ein anderer, relativ großer Teil durch den verhältnismäßig
breiten Spalt 37 um die Rohre herum strömen wird.
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Um dies zu verhindern weist der Wärmetauschermodul vorteilhafterweise
Längsdichtungen 38 auf, die sich über die ganze Länge des Moduls von der oberen
Rohrhalterung 17 bis zur unteren Rohrhalterung 18 erstrecken. Die Längsdichtungen
sind so weit voneinander beabstandet angebracht, daß sie den Spalt 37 gegenüber
dem Frischluftansaugstutzen 23 abdichten.
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Bei der Montage wird der Wärmetauschermodul 10 entsprechend so verdreht,
daß sich die Längsdichtungen 38 in funktionell richtiger Stellung zum Ansaugstutzen
23 befinden. Dadurch ist der durch den Ansaugstutzen 23 eintretende Luftstrom gezwungen,
durch den Zwischenraum zwischen den Rohren 16 hindurchzutreten.
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Entsprechende Längsdichtungen können auch zur Seite des Ausblasstutzens
24 hin angeordnet sein.
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Die Längsdichtungen 38 können an Halterungsstäben aus Metall angebracht
sein, die den Modul 10 versteifen. Sind solche Halterungsstäbe vorhanden, so können
die Kunststoffrohre aus sehr dünnem Material, im Grenzfall auch aus Kunststoffolie
bestehen. Rohre aus Kunststoffolie sind bei Wärmetauschern bereits bekannt, Sie
haben den Vorteil, daß sich die Rohrwandung bewegt und dadurch Schmutz von der Rohrwandung
abgestoßen wird.
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