DE8111707U1

DE8111707U1 - Vorrichtung zur rueckgewinnung von waerme aus der stalluft von tierhaltungen landwirtschaftlicher betriebe

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Publication number: DE8111707U1
Application number: DE19818111707
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-04-18
Filing date: 1981-04-18
Publication date: 1983-06-01

Description

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus der Stalluft von Tierhaltungen landwirtschaftlicher Betriebe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus der Stalluft von Tierhaltungen landwirtschaftlicher Betriebe nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Die bekannten Vorrichtungen dieser Art, die insbesondere bei Massentierhaltungen, z.B. in Zucht- oder Mastschwein« stallen, Rinderställen usw., eingesetzt werden, sind durch die staübhaltige Stalluft und die in dieser außerdem enthaltenen aggressiven Bestandteile, wie Ammoniak und Stickstoff, hohen Beanspruchungen ausgesetzt, die eine verhäl-tnismäßige rasche Verschmutzung und Korrosionsschäden der Vorrichtung zur Folge haben. Während Korrosicnsschäden durch die Wahl eines korrosionsbeständigen Kunststoffes für das Rohr- oder Schlauchmaterial des Wärmetauschers entgegengewirkt werden kann, sind gerade solche Kunststoffe aufgrund elektrostatischer Aufladung durch Staubanhäufung sehr schmutzanfällig, ein Problem, das durch Kondensation von Wasserdampf durch Abkühlung der Stalluft auf dem ein Tauschmedium mit geringerer Temperatur als Stalltemperatur führenden Rohr- oder Schlauchmaterial noch verstärkt werden kann. In diesen

Fällen können die Wärmetauschflächen in der Weise durch Schmutz verstopft werden, daß ein wirksamer Wärmetauschvorgang zwischen den Tauschmedien, d.h. der Stalluft und dem durch das Rohrmaterial des Wärmetauschers hindurc geführten Tauschmedium, nicht mehr stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtum zur Rückgewinnung von Wärme aus der Stalluft von Tierhaltungen landwirtschaftlicher Betriebe der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei der neben Korrosionsbeständigkeit eine hohe Wartungsfreiheit und Funktionssicherheit des Wärmetauschers erreicht ist, indem Verschmutzungen des das Tauschmedium führenden rohr- oder schlauchförmigen Kunststoffmaterials weitestgehend vermieden sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Dadurch, daß bei dieser Ausgestaltung das korrosionsbeständige Kunststoffrohr nach Art einer Wendel mit einem vertikalen Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindungen im Stallraum befestigt ist, wird einer Anhäufung von Schmutz zwischen den einzel-nen Rohrwindungen mit der Folge eines Verstopfens der Wärmetauschflächen entgegengewirkt, wobei außerdem große Flächen für eine

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umfangreiche Kondensatbildung aus der in hohem Maße wasserdampfhaltigai Stallatmosphäre dargeboten werden. Das dabei entstehende Kondenswasser hat seinerseits eine erwünschte Reinigungswirkung, indem bei seinem Abtropfen in die Kondensatauffangwanne zuvor auf den Rohrwandungen niedergeschlagene Staub-, Faserpartikel u.dgl. Verunreinigungen mitgenommen und somit gleichsam ständig abgewaschen werden. Durch die Kondensatauffangwanne sind dabei zugleich Beeinträchtigungen des Personals und der im Stallraum gehaltenen Tiere durch herabtropfendes Kondensat vermieden.

Es versteht sich, daß im Betrieb der Vorrichtung durch das Rohrsystem des Wärmetauschers das Tauschmedium, wie Luft oder insbesondere Wasser, mit deutlich niedrigerer Temperatur als der Stallraumtemperatur hindurchgeführt wird, wobei die Durchlauf geschwindiigkeit zweckmäßig verhältnismäßig niedrig gehalten wird. Es findet dann ein bereitwilliger Wärmeaustausch zwischen der Stallluft und dem im Rohrsystem des Wärmetauschers geführten Tauschmedium statt, wobei zusätzlich zu der im Austausch aufgenommenen Wärme das Tauschmedium im Rohrsystem des Wärmetauschers noch die latente Wärme durch die Kondensatbildung gewinnt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet daher mit einem hohen Wirkungsgrad und hoher Betriebssicherheit bei weitgehender Wartungsfrei-

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Die Leistung des Wärmetauschers läßt sich in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung dadurch steigern, daß innerhalb der praktikablen Grenzen und in Abhängigkeit vom
Stallvolumen mehrere Rohrwendeln in konzentrischen Windungen mit jeweils unterschiedlichem Windungsdurchmesser am Halterahmen abgestützt sind. Dabei können auch je
nach den Gegebenheiten die oder jede Rohrwendel aus zwei oder mehreren in Achsrichtung der^T1 Rohrwende In hintereinander geschalteten Teilwendeln mit gesonderten Zu- und
Abläufen für das die Teilwendeln durchströmende Tauschmedium zusammengesetzt sein.

Ferner kann der Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtun j dadurch intensiviert werden, daß dem Halterahmen der
Rührwendel oder -wendeln in seinem oberen Endbereich ein wahlweise ein- und ausschaltbarer, drehzahlgeregelter
Umluftventilator zugeordnet ist. Durch Einschalten des
Ventilators kann der Luftdurchsatz durch den Wärmetausche entsprechend der vorgenommenen Drehzahlregelung des
Ventilators, die automatisch oder manuell erfolgen kann, verstärkt werden.

Das im Wärmetauscher erwärmte Tauschmedium, d.h. Wasser, kann einer Wärmepumpe, die im Kreisprozeß arbeitet, züge-

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führt werden, wobei das Wasser nach Abgabe seiner Wärme wieder im Kreis durch den Wärmetauscher geführt wird.

Zahlreiche weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen and der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung in mehr oder minder schematischen Darstellungen veranschaulicht ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Linie 1^1 der Fig. 2,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung nach der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Vorrichtung, Fig. 5 eine Ansicht der Vorrichtung von unten, Fig. 6 eine Ansicht der Vorrichtung von unten unter

Fortlassung der Kondensatauffangwanne, und Fig. 7 u. 8 je eine maßstäblich vergrößerte Detailansicht des Halterahmens in Seitenansicht bzw. in Draufsicht.

Wie die Zeichnung zeigt, umfaßt die Vorrichtung zur Rück-

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gewinnung von Wärme aus der Stalluft von insbesondere Massentierhaltungen landwirtschaftlicher Betriebe einen als Ganzes mit 1 bezeichneten Wärmetauscher, bei dem Wasse als Tauschmedium führende Kunststoffrohre 2 vorgesehen sind, die jeweils im wesentlichen schraubenlinienförmig nach Art einer Wendel verlaufen und an einem Halterahmen 3 befestigt sind. Bei dem dargestellten Beispiel sind vier Rohrwendeln vorgesehen, die mit 4, 5, 6 und 7 bezeichnet sind. Die Rohrwendeln 4 bis 7 besitzen untereinander konzentrische Windungen, wobei der Windungsdurchmesser von der äußeren Rohrwendel 4 zur inneren Rohrwendel 7 hin zunehmend größer wird.

Der Halterahmen 3, an dem die Rohrwendeln 4 bis 7 mit einem vertikalen Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindungen befestigt sind, kann in der Draufsicht eine krei förmige Gestalt besitzen, so daß die Windungen der einzeln Rohrwendeln exakt nach Art einer Schraubenlinie verlaufen. Aus Gründen eines einfachen Zusammenbaus der Vorrichtung, gegebenenfalls erst am Einsatzort, kann der Halterahmen 3 jedoch auch eine in der Draufsicht polygonale, insbesonder die bei dem dargestellten Beispiel gewählte achteckige Gestalt besitzen und aus lösbar miteinander verbundenen Stützen 9 und 10 bestehen. Von diesen sind die Stützen 9 senkrecht angeordnet und bestehen aus Standrohren aus einei geeignetem Kunststoff, z.B. PVC, an jeweils einer Ecke des Halterahmen-Achtecks, während die waagerechten Stützen 10

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einender Achteck-Kontur folgenden oberen und unteren Rahmenteil bilden, der jeweils mit den senkrechten Stütze 9 verbunden ist.

Bei dem dargestellten Beispiel mit vier Rohrwendeln ist der Halterahmen 3 ferner in zwei konzentrisch zueinander angeordnete, gleichartige Einzelrahmen 11 und 12 unterteilt. Der äußere Einzelrahmen 11 größeren Durchmessers stützt die Rohrwendeln 4 und 5 jeweils an seiner Außenseite bzw. an seiner Innenseite ab, während der innere Einzelrahmen 12 kleineren Durchmessers an seiner Außenseite die Rohrwendel 6 und an seiner Innenseite die Rohrwendel 7 abstützt. Die Einzelrahmen 11 und 12 sind durch geeignete Verbindungsstücke und Abstandhalter 13 (Fig. 2) miteinander zu einer den Halterahmen 3 bildenden Einheit verbunden.

Der Halterahmen 3 ist ferner im Bereich des von den oberer Horizontalstützen 10 gebildeten Rahmenteils mit einer oberen Trageinrichtung 14 für einai Umluftventilator 15 versehen, die von vier rechtwinklig zueinander angeordnet^ Trägern 16 gebildet ist, wobei an deren mit Abstand voneinander angeordneten inneren Enden das Gehäuse des Umluftventilators 15 befestigt ist. Der Umluftventilator ist wahlweise ein- und ausschaltbar, und seine Drehzahl kann sowohl automatisch, als auch manuell zur Anpassung ar

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- 12 den jeweiligen Bedarfsfall geregelt werden.

Der obere, von den horizontalen Stützen 10 gebildete Rahmenteil des Halterahmens 3 ist ferner mit einer Luftleitplatte 17 versehen, die bei dem dargestellten Beispiel von einem geeigneten Kunstschaum in einer Dicke von etwa 30 mm gebildet ist. Die Luftleitplatte 17 übergreift den Halterahmen 3 der Rohrwendeln 5 bis 7 allseits und ist in ihrem mittleren Bereich mit einer Luftaustrittsöffnung versehen, die bei dem dargestellten Beispiel von dem Umluftventilator 15 eingenommen ist.

Der Halterahmen 3 mit seinen beiden Einzelrahmen 11 und 12 ist mit vier einander paarweise diagonal gegenüberliegende oberen Befestigungsgliedern 18, z.B. Stangen, Rohren oder Drahtseilen, versehen, die die Luftleitplatte 17 durchsetzen und mit denen er als Ganzes in nicht näher dargestellterWeise an der Decke des Stallraums in der Weis aufgehängt ist, daß ein freier vertikaler Abstand zum Stallboden eingehalten ist._s Die bei dem dargestellten Beispiel gewählte Aufhängung ist insbesondere aus der Drau sieht nach Fig. 4 ersichtlich. Es kann jedoch statt dessen auch eine Aufhängung des Rahmens 3 an nur drei Stellen vorgenommen sein, die jeweils den Eckpunkt eines vorzugseise gleichseitigen Dreiecks bilden.

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Unterhalb der untersten Windung der Rohrwendeln 4 bis 7 ist eine Kondensatauffangwanne 19 angeordnet, die bei dem dargestellten Beispiel aus einer reißfesten Kunststoffoli 20 (Fig. 5), z.B. PVC-Folie, besteht und in ihrer Mitte eine Kondensatablaufeinrichtung 21 umfaßt.

Die Kunststoffolie 20 ist über einen Tragrahmen 22 unterhalb des Halterahmens 3 der Rohrwendeln 4 bis 7 gespannt, der aus rechtwinklig zueinander angeordneten Rahmenteilen 23 z.B. in Form von Kunststoffrohren aus PVC, besteht. Die Rahmenteile 23 sind rechtwinklig zueinander verstellbar und in der jeweils eingestellten Stellung durch nicht näher dargestellte Feststellmittel festlegbar, so daß die Kunststoffolie 20 nach einem Auflegen auf ihren Tragrahmen 22 durch gegenläufigesAuseinanderziehen der Rahmenteile 23 gestrafft und danach ihrerseite an den Rahmenteilen 23 festgelegt werden kann.. Die Kunststoffolie 20 ist hierbei an ihren vier Ecken bei 24 jeweils schräg abgeschnitten, wobei in den von der Folie 20 jeweils freigehaltenen Eckbereichen von jeweils zwei aneinandergrenzer den Rahmtenteilen 23 je eine Gewindestange 25 mittels Schraubmuttern am Tragrahmen 22 an ihrem unteren Ende festgelegt ist.Dabei durchsetzen die Gewindestangen 25 ihrerseits die Luftleitplatte 17,und sind an ihrem oberen Ende.in nicht näher dargestellter Weise an der Decke des Stallraums im Einbauzustand der Vorrichtung befestigt.

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Die Kondensatablaufeinrichtzng 21 kann nach Art eines Ventils in eine Schließ- und eine Offenstellung mit Hilfe geeigneter Verschlußmittel bewegt werden und in ihrer Offenstellung mit einer Kondensatableitung bzw. einem Sammelbehälter in Verbindung stehen.

Die vergrößerten Detaildarstellungen nach den Fig. 7 und 8 veranschaulichen die schraubenlinienförmige Befestigung der Kunststoffrohre 2 an den senkrechten Stützen bzw. Ständern 9 des Halterahmens 3 bzw. der Einzelrahmen und 12 mit Hilfe von Rohrschellen 26, die bei dem dargestellten Beispiel in senkrechter Richtung abstandslos übereinander an dem jeweiligen Ständer 9 befestigt sind. Die Rohrschellen 26 umfassen dabei einen inneren Teil 27, der mit Hilfe einer Schraube 28 am Ständer 9 befestig wird, und einen äußeren Teil 29, der nach Art eines Schnappverschlusses unter Einfassen des Rohres 2 auf den unteren Teil 27 aufgedrückt wird.

Der vertikale Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindunge ι, die in Fig. 7 mit 30 bezeichnet sind, beträgt in den Rohr ■ wendeln 4 bis 7 beispielsweise etwa das 0,25- bis 1,5-facie des Außendurchmessers der Kunststoffrohre 2, um einen ang ;-messenen vertikalen Abstand zwischen diesen für eine gute Reinigungsmöglichkeit und Kondensatbildung zu erhalten. Bei dem dargestellten Beispiel beträgt der Außendurchmesser der Kunststoffrohre, die z.B. aus Polyäthylen.

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Polypropylen od. dgl. geeigneten Kunststoffen bestehen, etwa 20 mm, und der vertikale Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindungen 30 liegt bei etwa 15 mm.

Die Fig. 7 zeigt ferner, daß die Windungen 30 benachbarter Rohrwendeln, bei der in Fig. 7 gewählten Darstelluhc der Rohrwendeln 4 und 5, in vertikaler Richtung gegeneinander auf Lücke versetzt angeordnet sind. Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers kann dadurch insoweit verbessert werden, als die in Querrichtung zwischen den Windungen

30 einer Rohrwendel hindurchströmende Luft vollflächig das Kunststoffrohr 2 der Rohrwindungen 30 der benachbarte ι Rohrwendel beaufschlagt, so daß diese eine intensive Beaufschlagung und Umspülung durch die Stalluft im Interesse eines guten Wärmeübergangs erfährt.

Aus Fig. 8 ist die Verbindung der den oberen und den unteren horizontalen Rahmenteil bildenen horizontalen Stützen 10 mit den Standrohren 9 ersichtlich. Diese Verbindung erfolgt mit Hilfe von Doppelmuffen 31, die mit dem Standrohr 9 versplintet oder in sonst geeigneter Form verbunden sind. Die beiden Muffenteile 32 der Doppelmuffe

31 , die vorzugsweise ebenfalls aus einem geeigenten Kunststoff wie PVC besteht, stehen in einem Winkel von 45° zueinander und bewirken somit eine entsprechende Umlenkung der Rohrwendeln 4 bis 7 an jedem durch ein Stand-

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rohr 9 definierten Eckpunkt des Halterahmen-Achtecks, so daß von den Rohrwendeln 4 bis 7 bzw. ihren Windungen 30 insgesamt die Kreisbogenstrecke von 360° umschrieben wire

Der Zulauf des Tauschmediums, insbesondere Wasser, ggf. unter Zusatz eines geeigneten Frostschutzmittels, zu den einzelnen Rohrwendeln 4 bis 7 erfolgt im unteren Bereich und der Ablauf des Tauschmediums im oberen Bereich des Wärmetauschers 1, wie es in Fig. 3 schematisch bei 33 und 34 angedeutet ist. Der Lufteintritt in den Wärmetauscher 1 erfolgt in Richtung der Pfeile 35 durch natürliche Konvektion oder bei Verwendung des Umluftventilators 15 durch Zwangskonvektion. Dabei umströmt die Stalluft die Rohrwindungen 30 der einzelnen Rohrwendeln 4 bis 7 unter Abgabe von Wärme an das durch die RohrwendeIr geförderte Wasser als Tauschmedium. Wegen des üblicherweise hohen Wasserdampfgehalts der Stalluft erfolgt zugleich eine zusätzliche Kondensatbildung auf den Oberflächen der Kunststoffrohre 2. Die in dieser Weise herunt gekühlte und entfeuchtete _s Luft tritt aus dem Umluftventilator 15, wie durch Pfeile 36 angedeutet, aus. Die Schadstoffanteile der austretenden Stalluft sind dabei aufgrund der Kondensatbildung auf ein Minimum herabgesetzt.

Claims

Dipl.-Ing. Dietrich Busse Walter Hoffmann Dipl.-Ing. Egon Bünemann Zu den Klünen 13 D-4 5 00 Osnabrück OroBhanrJelirlng 6 Poitlach 1226 2845 Damme Fernsprecher (OS41) SB6081 u. SB 6062 Telegramme: patgewar Osnabrück 16. April 1981 L/Ha , F.yisprüche:

1. Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus der Stall- Luft von Tierhaltungen landwirtschaftlicher Betriebe, mit einem im Stallraum anzuordnenden Wärmetauscher aus Rohroder Schlauchmaterial aus korrosionsbeständigem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohrmaterial in Form zumindest eines im wesentlichen schraubenlinienförmig nach Art einer Wendel gewundenen Kunststoffrohres (2) an einem im Stallraum oberhalb des Stallbodens anbringbaren Halterahmen (3) mit eine: vertikalen Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindungen (30) befestigt und mit geringem Abstand unterhalb der untersten Rohrwindung eine Kondensatauffangwanne (19) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohrwendeln (4,5,6,7) in konzentrischen Windungen mit jeweils unterschiedlichem Windungsdurchmesser am Halterahmen (3) abgestützt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei konzentrische Rohrwendeln (4,5;6,7) in einem

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Einzelrahmen (11; 12) des Halterahmens (3) zusammengefaßt sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jede Rohrwendel (4,5,6/7) aus zwei oder mehreren in Achsrichtung der Rohrwendel hintereinander geschalteten Teilwendeln mit gesonderten Zu- und Abläufen für das die Teilwendeln durc strömende Tauschmedium zusammengesetzt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwische den einzelnen Rohrwindungen (30) der oder jeder Rohrwendel (4,5,6,7) etwa das 0,25- bis 1,5-fache des Außendurchmessers des Kunststoffrohres (2) beträgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne· daß der Außendurchmesser des Kunststoffrohres (2) etwa 20 mm und der vertikale Abstand zwischen den einzelnen Rohrwindungen (30) etwa 15 mm beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da£ die Windungen (30) benachbarter Rohrwendeln (4,5;6,7) in vertikaler Richtung gegen einander auf Lücke versetzt angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-

durch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (3) der Rohrwendel oder -wendeln (4,5,6,7) eine in der Draufsicht kreisförmige Gestalt besitzt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterahmen (3) der Rohrwendel oder -wendeln (4,5,6,7) eine in der Draufsicht polygonale, insbesondere achteckige Gestalt besitzt und aus miteinander verbundenen Stützen (9,10) besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Halterahmen (3) der Rohrwendel oder -wendeln (4,5,6,7) in seinem oberen Endbereich ein wahlweise ein- und ausschaltbarer, drehzahlgeregelter Umluftventilator (15) zugeordnet ist.

11= Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der obersten Rohrwindung (30) der oder jeder Rohrwendel (4,5,6,7) eine Luftleitplatte (17) angeordnet ist, die den Halterahmen

(3) der Rohrwendel oder -wendeln allseits übergreift und in ihrem mittleren Bereich mit einer Luftaustrittsöffnung versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatauffangwanne (19 aus einer reißfesten Kunststoffolie (20) besteht, die übe einen Tragrahmen (22) unterhalb des Halterahmens (3) der Rohrwendel oder -wendeln (4,5,6,7) gespannt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragrahmen (22) der Kunststoffolie (20) aus rechtwinklig zueinander angeordneten Rahmenteilen (23) besteht, die in senkrecht aufeinanderstehenden Richtungen verstellbar und in den eingestellten Stellunge ι festlegbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatauffangwanne (19) mit einer Kondensatablaufeinrichtung (21) versehen ist.