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Die Erfindung hat vor allem eine Steigerung der Energieeffizienz, insbesondere im Bereich der Absaugung von Küchenabluft, vorzugsweise in gewerblichen Küchen, zum Ziel.
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In gewerblichen Großküchen mit mehreren Kochstellen erfolgt die Absaugung der Abluft vielfach während des gesamten Betriebes mit der maximalen Luftmenge. Die abgesaugte Luftmenge wird durch natürlich nachströmende Frischluft ersetzt. Dies macht sich vor allem während der Heizperiode bemerkbar, wenn die nachströmenden kalten Luftmengen separat erwärmt werden müssen. Die von der Erfindung vorgeschlagene bedarfsgerechte Absaugung erfasst vorzugsweise nur die im Betrieb befindlichen Kochstellen und optimiert die Drehzahl des Ventilators beziehungsweise die Absaugmenge so, dass die permanent veränderliche Gesamtmenge der Küchenabluft bzw. die permanent veränderliche wirklich erforderliche Gesamtmenge der Küchenabluft erfasst wird und darüber hinaus nur ein möglichst geringer bis idealerweise gar kein Anteil an Überschussabsaugung stattfindet. Zusätzlich zur Einsparung von Heizenergie kann durch die Drehzahlregelung auch ein Teil des Stroms für den Antrieb des Ventilators eingespart werden.
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Eine besondere Herausforderung bei der bedarfsgerechten Absaugung von Küchenabluft stellt die Erfassung von Dampfschwallmengen beim Öffnen von Deckel von Töpfen und Pfannen dar. Die Erfindung setzt einen besonderen Schwerpunkt beim schnellen und zeitlich begrenzten Hochregeln der Absaugluftmengen zur Erfassung von auftretenden Schwallmengen. Schnell im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Absaugleistung die mindestens in der Zeit, die eine Dampfwolke von der Oberkante eines Topfes beim Abnehmen des Deckels bis zur mittleren Höhe der Absaughaube benötigt, so stark gesteigert werden kann bzw. steigerbar ist, dass der Dampfschwall vollständig oder zumindest nahezu vollständig erfasst und abgesaugt werden kann, insbesondere nicht beispielsweise nach unten aus der Absaughaube hinaus in den Raum quillt bzw. quellen kann. Um dies zu erreichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Absaugleistung an einer einzelnen Kochstelle innerhalb von zwei Sekunden mindestens von 20 Prozent auf 80 Prozent gesteigert werden kann bzw. steigerbar ist.
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Die Peripheriekomponenten wie beispielsweise die nach dem Fliehkraftprinzip arbeitenden Fettabscheider müssen an stark schwankende Absaugmengen und Strömungsgeschwindigkeiten angepasst werden.
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Ergänzend schlägt die Erfindung eine Wärmeruckgewinnung, die bevorzugt über Luft-Wasser-Wasser(Wärmeträgerflüssigkeit)-betriebene Lamellenwärmetauscher erfolgt, vor. Der Vorteil von Luft-Wasser-Systemen gegenüber einem Luft-Luft-Wärmetauschersystem liegt in den baulich geringeren Abmaßen, die durch den erheblich größeren Wärmeübergangskoeffizienten auf der Wasserseite bedingt sind. Für weitere Details wird beispielhaft auf die diesbezüglichen Ausführungen des VDI-Wärmeatlasses hingewiesen. Wenn die Wärmeenergie der Abluft an Wasser oder ein anderes flüssiges Medium übertragen wurde, kann die so rückgewonnene Wärmeenergie über geringere Rohrleitungsquerschnitte im Vergleich zu Warmluftverteilungssystemen verteilt werden. Dies ist vor allem in Bestandbauten vorteilhaft. wenn beispielsweise der Wärmebedarf in Form der Frischluftvorwärmung, der Brauchwassererwärmung oder ein möglicher Einspeisepunkt in ein Heizungssystem räumlich entfernt von dem Abluftwärmetauscher befindet. Optional kann dabei die aus der Abluft rückgewonnene Wärme mittels einer vorzugsweise elektrisch betriebenen Wärmepumpe im Temperaturniveau angehoben werden. In der Regel wird ein Temperaturhub von etwa 40 bis 50 Kelvin angestrebt, damit das Verhältnis von zugeführter elektrischer und bereitgestellter thermischer Energie in einem guten Verhältnis zueinander liegen. Der sogenannte COP (coeffcient of performance) oder die Jahresarbeitszahl sollen im Bereich oberhalb von 3 bis idealerweise oberhalb von 4 bis 5 oder sogar darüber liegen. Es wird hierzu auf die Publikationen der Wärmepumpenhersteller, wie beispielsweise der Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG (Luft/Wasser-Wärmepumpe aroTHERM plus, Technische Daten) https://www.vaillant.de/heizung/produkte/luft-wasser-warmepumpe-arotherm-plus-194816.html, Abruf: Oktober 2025) und Buderus AG/Bosch Thermotechnik GmbH (Ratgeber Wärmepumpe, COP der Wärmepumpe einfach erklärt, https://www.buderus.de/de/waermepumpe/cop-wert, Abruf: Oktober 2025) verwiesen.
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In Fig. 1 ist die Erfindung in einer bevorzugten Variante schematisch dargestellt mit exemplarisch einer Kochstelle 100, deren Wrasen 102, insbesondere bestehend aus Wasserdampfschwaden, Bratenfettdampf und/oder dergleichen, mit Hilfe einer Absaughaube 110 und eines Abluftventilators 140 abgesaugt werden. Bevorzugt ist oberhalb der Kochstelle ein Sensor 122, der bevorzugt als Infrarotsensor ausgeführt ist und jeweils eine Kochstelle von oben überwacht, vorgesehen, der vorzugsweise eine Regelklappe 124 steuern kann, so dass die Kochstelle im Betrieb über eine geöffnete Regelklappe abgesaugt werden kann. Wenn die Kochstelle nicht betrieben wird. erkennt dies der Sensor anhand der geringeren Temperatur und die Regelklappe kann geschlossen werden, damit die vom Ventilator angesaugte Luftmenge auf die in Betrieb befindlichen Kochstellen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 1 nicht gesondert bildlich dargestellt sind, konzentriert werden kann.
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Häufig sind in der Absaughaube Fettabscheider (hier: 112, 114, 116) eingebaut, die einen Großteil der Fettfracht direkt nach der Absaugung aus dem Gasstrom abscheiden und somit die Verschmutzungen des nachgelagerten Abgassystem deutlich reduzieren. Diese Fettabscheider funktionieren nach dem Fliehkraftprinzip, bei dem der abgesaugte Gasstrom durch Umlenkungen geführt wird. Bei hohen Gasgeschwindigkeiten können die größeren Fetttröpfchen aufgrund der Massenträgheit der Umlenkung des Gasstroms nicht mehr folgen und werden durch die Fliehkraft an die Umlenkungswände getragen und bleiben dort haften, so dass sie aus dem Gasstrom abgeschieden werden.
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Für unterschiedliche Gasgeschwindigkeiten gibt es verschiedene Umlenkungsradien, die eine optimale Abscheidung ermöglichen. Daraus ergibt sich, dass ein einzelner Fliehkraftabscheider bei stark schwankenden Gasströmen nicht immer im optimalen Bereich betrieben werden kann. In Fig. 1 ist ein beispielhaft in drei nebeneinander liegende Segmente (112, 114, 116) aufgeteilter Fettabscheider dargestellt. Bei niedrigen Absaugmengen ist nur der Fettabscheider 1 112 aktiv. Bei mittleren Absaugmengen wird zusätzlich noch der zweite Fettabscheider 114 aktiviert (vgl. Fig. 4) und bei hohen Absaugmengen wird der dritte Fettabscheider 116 auch noch zugeschaltet. Bei zunehmender Absaugmenge wird mehr Abscheiderfläche strömungstechnisch freigegeben, so dass die Anströmgeschwindigkeit in deutlich geringeren Intervallen schwankt und der Effekt der Fliehkraftabscheidung verbessert erfolgt. Auch eine andere Aufteilung des Fettabscheiders als die hier beispielhaft beschriebene dreiteilige ist möglich und auch ohne explizite Nennung Bestandteil der Erfindung.
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Der Übersichtlichkeit halber sind die drei Segmente des Fettabscheiders hier nebeneinander bildlich dargestellt (112, 114, 116).
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In der Praxis von insbesondere Großküchen kann eine alternative Ausgestaltung sinnvoller sein. Die bildlich abstrakte Darstellung von Fig. 1, bei der der Bereich für geringe Strömungsgeschwindigkeiten 112 im linken Teil, der zuschaltbare Bereich für mittlere Strömungsgeschwindigkeiten 114 in der Mitte der Absaughaube und der Bereich für hohe Strömungsgeschwindigkeiten 116 im rechten Teil der Absaughaube angeordnet ist daher als eine die Darstellung erleichternde Form anzusehen. Die Absaugströmung soll nicht, abhängig von der Menge, in verschiedene Richtungen gelenkt werden.
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Bei großen Fettabscheiderflächen kann eine, aus Gründen der Übersichtlichkeit, nicht dargestellte Aufteilung der Fettabscheidersegmente in kleinere benachbarte Bereiche sinnvoll sein. Dies könnte beispielsweise bei Aufteilung von jedem Segment in jeweils drei kleinere Bereiche 112, 114, 116, 112, 114, 116, 112, 114, 116 gegeben sein.
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Auch andere Ausführungsformen der Segmente des Fettabscheiders sind ohne explizite bildliche und textliche Erwähnung Bestandteil dieser Erfindung, sofern sie dem gleichen Zweck dienen.
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Vorzugsweise erfolgt das Zu- und Abschalten der flexibel einsetzbaren Fettabscheider 2 und 3 auf Basis des Druckunterschieds, besonders bevorzugt aufgrund des Druckunterschieds von An- und Abströmseite der Fettabscheider, der sich durch die unterschiedlichen Anströmungsgeschwindigkeiten ergibt. In Fig. 4 erfolgt dies beispielsweise durch Federn. Die Fettabscheidung dient der Vorreinigung der Abluft.
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Die dargestellte optionale Abluftreinigung 130 kann beispielhaft aus Filtern, Kaliumpermanganatschüttungen, Aktivkohle, Herdofenkoks, E-Filtern oder UV-/Ozon- sowie Plasmaeinheiten und Kombinationen aus den vorgenannten und weiteren Einzelkomponenten bestehen. Hier findet eine Feinreinigung von Fett- und Geruchsbestandteilen statt.
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Des Weiteren sind die einzelnen Luftströme in Fig. 1 gesondert dargestellt, nämlich die warme Abluft vor Abluftreinigung 132, die kalte Zuluft vor Wärmetauscher 2 134, die erwärmte Zuluft nach Wärmetauscher 2 136, die optional mit Umluft(-anteil) versetzt sein kann sowie die abgekühlte Abluft nach Wärmetauscher 1 138.
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Für die Wärmerückgewinnung aus der abgesaugten Luft sind die folgenden Komponenten vorgesehen: 150 Wärmetauscher 1, bevorzugt in Lamellenbauform für Wärmeaustausch von Luft auf Wasser oder weniger bevorzugt mit anderen Wärmeträgerfluid, 152 Wärmetauscher 2, bevorzugt in Lamellenbauform für Wärmetausch von Wasser auf Luft, (weniger bevorzugt: andere Wärmeträgerfluide), vorteilhafterweise mit Umwälzpumpe 154 für Wasser-/Wärmefluidkreislauf, 156 optionale Wärmepumpe, 158 optionale Umluftführung, bevorzugt anteilig, die Volumenstromregelung des Umluftanteils hier ohne detaillierte bildliche Darstellung, des Weiteren kann ein optionaler separater Ventilator 160 zur Zuführung der Zuluft vorgesehen sein.
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Beim Öffnen der Deckel der Kochstelle kommt es hierbei zur sogenannten Schwallbildung, bei der eine große Menge an Wasserdampf oder Bratenfettdampf in sehr kurzer Zeit aufsteigt. Die zur Erfassung des kurzzeitigen Schwalls erforderliche Absaugluftmenge ist um ein Vielfaches höher als die für den dauerhaften Betrieb der Kochstelle, vor allem bei geschlossenem Deckel. Die hierbei erforderliche maximale Absaugmenge kann das acht- bis zehnfache der normalen Absaugung bei geschlossenem Deckel betragen. Bei einer Küche mit beispielsweise 10 separat abzusaugenden Kochstellen kann die Absaugluftmenge daher theoretisch um einen Faktor in der Größenordnung von etwa 8 bis 10 x 10 = 80 bis 100 schwanken, wenn die beiden Extremfälle "Betrieb einer Kochstelle mit geschlossenem Deckel" und "Betrieb aller Kochstellen mit geöffnetem Deckel" betrachtet werden, die in der Praxis jedoch nicht oder quasi nie in zeitlich kurzer Abfolge hintereinander vorkommen.
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Der bevorzugte Gegenstand der Erfindung ist der praxisrelevante Fall, den Dampfschwall von in der Regel einer Deckelöffnung, maximal von zwei bis drei parallelen Deckelöffnungen bei 10 Kochstellen sicher mit der Absaugung zu erfassen. Bezogen auf eine Kochstelle bedeutet dies, dass die Absaugmenge für diese Kochstelle innerhalb von bevorzugt weniger als einer Sekunde um einen Faktor von etwa acht bis zehn erhöht werden muss. Wenn mehrere Kochstellen zeitgleich betrieben werden und der Grundabsaugluftstrom höher ist, verringert sich dieser Faktor jedoch.
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Trotzdem muss die abgesaugte Luftmenge zur Erfassung des Schwalls schneller erhöht werden, als ein Ventilator unter Last normalerweise seine Drehzahl steigern kann.
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Hierzu sieht die Erfindung die folgenden Lösungsansätze vor:
- a) bevorzugte Lösung: schnelle Drehzahlerhöhung über mittels Kupplung 144 zuschaltbare Schwungmasse 146, die aufgrund der gespeicherten Rotationsenergie schnell die vergleichsweise kleine Massenträgheit des Ventilators 140 und dessen bevorzugt mittels Frequenzumrichter drehzahlgesteuerten Motor 142 für den Normalbetrieb ohne Schwall zu überwinden und so annähernd schlagartig die Absaugmenge deutlich erhöhen kann. Während des Normalbetriebs ohne Schwall wird die Schwungmasse 146 durch einen separaten Motor 148 auf ihrer Betriebsdrehzahl gehalten. Eine schnelle Drehzahlerhöhung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bzw. bewirkt eine Steigerung der Absaugleistung bevorzugt an einer einzelnen Kochstelle in maximal zwei Sekunden von 20 Prozent auf mindestens 80 Prozent.
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Damit sich dies durch die Drehzahlerhöhung resultierende erhöhte Absaugmenge möglichst schnell und quasi rückwärts zur Strömungsrichtung in Richtung Absaughaube auswirken kann, ist ein Montageort des Ventilators in der Nähe der Absaughaube hilfreich. Auch kleinere Kanalquerschnitte können, aufgrund der höheren Strömungsgeschwindigkeiten fördernd für eine schnelle Ausbreitung der erhöhten Absaugmenge sein, auch wenn dieser Ansatz durch die allgemeinen Grenzen der üblichen Strömungsgeschwindigkeiten bei Küchenabluftanlagen begrenzt ist, die im Bereich bis etwa 5 m/s liegen.
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Optional kann die Schwungmasse mit einem Getriebe 145 versehen sein, so dass ihre Drehzahl deutlich höher oder niedriger als die maximale Drehzahl beziehungsweise der Zieldrehzahl zur Schwallerfassung des Ventilators ist. Viele Absaugventilatoren werden in der Praxis mit Maximaldrehzahlen im Bereich zwischen 2.000 und 3.000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Wenn das Getriebe beispielsweise eine 1:5 Übersetzung aufweist kann die Drehzahl der Schwungmasse um den Faktor 5 höher oder niedriger gewählt werden.
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Andere Varianten, die anstelle der hier beschriebenen und bevorzugten Schwungmasse mit einem technisch vergleichbaren Effekt, sprich: vergleichbar schneller Steigerung der Drehzahl des Ventilators 140, eingesetzt werden können, sind auch ohne explizite textliche und bildliche Beschreibung Bestandteil der Erfindung, da sie als "quasi gleichwertige technische Ausgestaltung" anzusehen sind, und daher im Sinne der Erfindung auch als Schwungmasse angesehen und benannt werden. Solche alternativen Varianten könnten beispielsweise Feder-(kraft-)speicher, Druckluft- sowie Hydraulikmotoren oder Speicher für potenzielle Energie, wie Gewichte an Seilen auf Rollen, wie sie unter anderem bei alten mit Aufzieh-/Hochziehgewichten angetriebenen Kuckucksuhren verwendet werden, sein.
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Eine weniger bevorzugte Variante b) ist die Einbringung von Jet-Pulse-Druckluft 120 (vgl. insbesondere Fig. 1, vorzugsweise schräg zur Strömungsrichtung der Absaugung), bei der aufgrund des Prinzips von Bernoulli ein Unterdruck in der Umgebung der schnell strömenden Druckluft entsteht und dieser Unterdruck zur Erhöhung der Absaugluftmenge genutzt werden kann. Dieses Prinzip der Unterdruckerzeugung wird bei Wasserstrahl- und Dampfstrahlpumpen und auch bei der Abreinigung von industriellen Schlauchfilteranlagen mit Druckluftstößen verwendet. Zu Detailfragen wird auf die entsprechende Fachliteratur zu Industriefiltern, wie beispielsweise Löffler "Staubabscheiden", ISBN 3-13-712201-5, oder Vauck/Müller "Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik" ISBN 3-342-00629-3, verwiesen. Auch aus Gründen des Schallschutzes ist eine Anwendung der Jet-Pulse-Technologie im Küchenbereich als weniger bevorzugte Variante anzusehen.
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Eine weitere weniger bevorzugte Variante c) der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt und sieht vor, dass parallel zum drehzahlgeregelten Ventilator 140, der quasi für die Grund- und Mittellast der Absaugung zuständig ist, ein weiterer Spitzenlastventilator 162 mit zugehörigem Motor 164, der bevorzugt ständig auf hoher Drehzahl gegen eine geschlossene Regelklappe 166, die vorzugsweise saugseitig installiert ist. Beim Auftreten des Schwalls kann diese Klappe schnell geöffnet werden, so dass schlagartig eine zusätzliche Luftmenge abgesaugt wird.
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Wenn diese zusätzliche Absaugmenge zielgerichtet zu einer von mehreren Kochstellen geleitet werden soll, ist ein zusätzliches Kanalsystem mit bevorzugt geringem Strömungsquerschnitt für die schnelle Ausbreitungsgeschwindigkeit vorteilhaft. Durch ein zum in Fig. 1 dargestellten Hauptstrang für die Mittel- und Grundlast der Absaugung paralleles Strangsystem mit eigenen Regelklappen kann die Spitzenlast zielgerichtet an die Absaugstelle gebracht werden. Der Aufwand für dieses Parallelsystem ist jedoch so hoch, dass die praktische Anwendung aufgrund von baulichen und vor allem wirtschaftlichen Kriterien fraglich erscheint.
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Eine vierte weniger bevorzugte Variante d) ist in Fig. 3 schematisch mit einer Kochstelle dargestellt. Hier ist ein Vakuumvorratsbehälter 168 vorgesehen, der über ein Evakuierungsgebläse 170 während der normalen Absaugung auf Unterdruck gehalten werden kann, und der bevorzugt über ein zur normalen Absaugung paralleles Niederquerschnittsabsaugkanalnetz den Unterdruck schnell und über einen kurzen Zeitraum zur Absaugung bei erkannten Schwall bringen kann. Schnell im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bzw. bewirkt, dass die Absaugmenge bevorzugt an einer einzelnen Kochstelle innerhalb von maximal zwei Sekunden von 20 Prozent auf mindestens 80 Prozent gesteigert werden kann.
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Vorzugsweise kann jede einzelne Absaugstelle über separate Ventile bzw. Klappen 172 individuell mit einer Spitzenlast der Absaugung versorgt werden. Vor allem aufgrund der großen baulichen Abmaße des Vakuumsvorratsbehälters, der in etwa im Kubikmeterbereich liegen kann sowie die hohen Festigkeitsanforderungen an Vakuumbehälter ist diese Variante als nachrangig zu betrachten.
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Die in Fig. 4 waagerecht dargestellten Fliehkraft-Fettabscheider sind normalerweise senkrecht bzw. mit leichter Schräge zur Senkrechten in den Abzugshauben oberhalb von Kochstellen eingebaut. Durch die Fließkräfte der Umlenkung des Gasstroms werden vor allem größere Fetttröpfchen an den Wänden abgeschieden, von wo aus sie als Flüssigkeitsfilm herunterlaufen. Diese Fliehkraftfettabscheider dienen der Vorabscheidung und entsprechen in ihrer einfachen Form dem Stand der Technik. Erfindungsgemäß neu ist hier, dass die Aufteilung in unterschiedliche Segmente erfolgt, von denen bei höheren Durchströmungsgeschwindigkeiten mehrere Segmente aktiviert werden und sich diese bei niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten wieder verschließen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit über den jeweils aktiven Segmenten jeweils annähernd gleich oder zumindest in einem ähnlichen Bereich bleibt. Im Stand der Technik ist nur ein einzelnes Segment vorgesehen, bei dem alle Bereiche unabhängig von einer zeitlich variablen Strömungsgeschwindigkeit durchströmt werden. Erfindungsgemäß sind demgegenüber verschiedene Bereiche (Segmente) vorgesehen, die vorteilhafterweise abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit zu- bzw. abgeschaltet werden können. Dies bedeutet, dass das Intervall der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der aktiven Elemente kleiner ist. Aktiv im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet hier, dass die Elemente von der zu reinigenden Abluft durchströmt werden und nicht zu diesem Zeitpunkt beispielsweise bei geringen Absaugleistungen durch eine federkraftschließenden Klappe zeitweilig außer Betrieb genommen sind bzw. werden.
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Im linken Teil von Fig. 4 ist ein einzelnes Segment des Fliehkraft-Fettabscheiders dargestellt. Dieses Segment 180 besteht aus den Teilen 182 Fliehkraft-Fettabscheider entsprechend dem Stand der Technik, hier beispielhaft mit drei parallelen Kanälen und Umlenkblechen mit Abscheiderinnen am Ende dargestellt sowie der Position 184 Durchgangsregulierung.
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Die einströmende stark fetthaltige Abluft 186 strömt an der linken Seite in den Fliehkraft-Fettabscheider 182 ein und nach der Grobabscheidung der Fettfracht als schwach fetthaltige Abluft 188 an der rechten Seite wieder aus.
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Der Fliehkraft-Fettabscheider enthält mindestens ein Umlenkblech 190, das vorteilhafterweise mit mindestens einer Abscheiderinne 192 oder optional einer anders ausgebildeten Abscheidegeometrie für Fetttröpfchen ausgestattet sein kann.
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Beispielhaft dargestellt ist die Flugbahn eines größeren Fetttröpfchens im Gasstrom 196, dass nach der zweiten Umlenkung am Umlenkblech beziehungsweise der Abscheiderinne abgeschieden wird ebenso wie die Flugbahn eines kleineren Fetttröpfchen 198, dass durch den Fettabscheider ohne Abscheidung gelangt und auf der rechten Seite mit der schwach fetthaltigen Abluft austritt.
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Es ist eine Regelklappe 200 vorhanden, die in geschlossener Position den Gasstrom durch den Fettabscheider blockiert und ihn in geöffneter Position freigibt. Die Regelklappe ist hier vorteilhafterweise mit einem Öffnungs- bzw. Schließmechanismus versehen, der bevorzugt einfach mittels Feder-(kraft) 202 mit Befestigung 204 ausgeprägt sein kann und durch einen stärkeren bzw. schwächeren Staudruck einer höheren beziehungsweise niedrigeren Luftmenge, die den Abscheider durchströmt angetrieben wird.
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Andere Ausführungen des Fettabscheiders sind möglich, beispielsweise eine Variante mit motorischer Verstellung der Regelklappe, die über eine Steuerung mittels Druck- oder Strömungssensoren, für eine weitgehende Homogenisierung der Durchströmungsgeschwindigkeit des Fettabscheiders sorgt. Diese und weitere Varianten gehören ebenso zum Umfang der Erfindung, sofern sie dafür sorgen, dass die Durchströmungsgeschwindigkeit durch den Abscheider bei stark schwankenden Luftmengen bevorzugt annähernd konstant beziehungsweise innerhalb eines für die Fließkraftabscheidung tolerierbaren Intervall bleibt.
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Im rechten Teil von Fig. 4 ist beispielhaft ein aus drei Segmenten bestehender Fettabscheider dargestellt, bei dem der oberste permanent offen, der mittlere mit gezogener Feder geöffnet und der untere geschlossen ist. Dieses Beispiel stellt den Betrieb mit einer mittleren Absaugmenge dar. Bei einer maximalen Absaugmenge würde, aufgrund des höheren Staudrucks. auch das untere Segment durch die Feder geöffnet.
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Fig. 5 zeigt zwei weitere Varianten der Erfindung, jeweils mit einer schnell-stellenden Regelklappe 126. Auf der linken Seite ist eine, aus Gründen der Übersichtlichkeit vereinfachte Anordnung wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer Absaughaube 110 und einer Regelklappe 124. Die warme Abluft 132 wird analog zu Fig. 1 so abgesaugt. In Parallelschaltung zur Regelklappe 124, dargestellt durch die gestrichelten Pfeile, ist eine schnell-stellende Regelklappe 126 vorgesehen.
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Über die Regelklappe 126 kann der Bypassweg zur normalen Absaugung in kurzer Zeit geöffnet werden, so dass hierdurch die Absaugung ansteigt. Vorteilhafterweise ist hierbei keine Änderung der Ventilatordrehzahl erforderlich.
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Die rechte Darstellung von Fig. 5 zeigt eine ähnliche Situation, jedoch ist die schnell-stellende Regelklappe 126 anstelle der Regelklappe 124 vorgesehen und es kann auf einen Bypass verzichtet werden.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit beziehen sich die Darstellungen in den Figuren nur jeweils auf eine Kochstelle bzw. Absaughaube. Im praktischen Betrieb von Großküchen sind viele solche Absaugstellen in Parallelschaltungen zusammengefasst und werden in der Regel über einen Ventilator abgesaugt, optional einer Geruchsbehandlung zugeführt und über einen zentralen Kamin an die Atmosphäre abgegeben.
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Eine weitere, auch weniger bevorzugte Variante der Erfindung sieht zu der zuvor beschriebenen Regelklappe 124, die insbesondere im Betrieb ganz offen und bei Nicht-Betrieb ganz geschlossen ist, vor, dass diese eine schnell-stellende Regelklappe 126 ist, die auch vorzugsweise Zwischenstellungen, wie bspw. 30% offen oder dergleichen Zwischenstellung, einnehmen kann.
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Hiermit kann vorteilhafterweise zumindest in einem gewissem Umfang die Absaugmenge an der Kochstelle geregelt werden, ohne dass der Ventilator seine Drehzahl vermindert. Da bei dieser Ausführungsvariante der Erfindung der Stromverbrauch des Ventilators hoch bleibt, kann der Energiespargedanke der Erfindung dann jedoch nur zum Teil realisiert werden.
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Der Begriff Regelklappe wird im Rahmen und im Sinne der vorliegenden Erfindung als Sammelbegriff auch für andere Drosselorgane verwendet, die eine vergleichbare Regelungswirkung auf den Luftstrom haben. Damit zählen auch vollständig andere Bauformen, wie bspw. Quetschventile oder dergleichen.
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Eine weitere, noch weniger bevorzugte Variante der Erfindung sieht schnell und vorzugsweise vollständig öffnende bzw. schließende Regelklappen 126 vor, die
- den Absaugquerschnitt vollständig freigeben oder verschließen, wie in Fig. 5 auf der rechten Seite beispielhaft dargestellt,
und/oder - parallel zu einer Regelklappe 124 im Bypass geschaltet sind, wie in Fig. 5 auf der linken Seite beispielhaft dargestellt.
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Unter schnell schließenden bzw. öffnenden Regelklappen und Regelorganen wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die Maximalpositionen ganz offen und ganz geschlossen in weniger als drei Sekunden, bevorzugt in einer Sekunde und am meisten bevorzugt in weniger als einer Sekunde erreicht werden können.
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In Bezug auf Schallschutz und geringen Strombedarf erscheint die bevorzugte Variante a) mit Schwungmasse die vorteilhafte.
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Kombinationen der einzelnen Varianten oder deren Bestandteile sind auch Teil der Erfindung, selbst wenn sie nicht explizit in dieser Kombination genannt sind.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Aspekte der vorliegenden Erfindung sind insbesondere wie folgt gegeben:
- Aspekt 1) Verfahren und/oder Vorrichtung zur schnellen Durchsatzsteigerung einer Absaugvorrichtung, insbesondere für die energieeffiziente und bedarfsgerechte Absaugung von Küchenabluft,
- die zumindest die folgenden Bestandteile umfasst:
- Absaughaube 110
- vorteilhafterweise eine Fliehkraft-Fettvorabscheidung
- einen Ventilator 140, der über eine Drehzahlregelung für eine variable Absaugluftmenge vorgesehen ist und
- der daher die Absaugmenge aus einem niedrigen Teillastbettrieb besonders schnell, d.h. bevorzugt um einen Faktor von mindestens zwei, besonders bevorzugt um einen Faktor von mindestens fünf und am meisten bevorzugt um einen Faktor von mindestens acht, steigern kann,
- wobei
- zur schnellen Steigerung der Absaugmenge zumindest eine der folgenden Verfahren und/oder Vorrichtungen zur Anwendung kommen
- Erhöhung der Drehzahl des Ventilators 140 dadurch, dass eine Schwungmasse 146, die bevorzugt als Schwungscheibe ausgebildet ist oder eine technisch äquivalente Ausgestaltung, die die in der Schwungsmasse beziehungsweise der technisch äquivalenten Ausgestaltung gespeicherte (mechanische) Energie idealerweise schnell mittels einer Kupplung 144 an den Ventilator übertragen kann, vorgesehen ist
- Einbringung von Jet·Pulse-Druckluft 120
- Zuschaltung eines separaten Spitzenlastventilators 162, der vorteilhafterweise über mindestens eine Regelklappe 166 in die Absaugung eingebunden wird
- Zuschaltung eines Vakuumvorratsbehälters 168, der bevorzugt mittels eines Evakuierungsgebläses 170 langfristig oder permanent auf Unterdruck gehalten wird und der vorteilhafterweise über mindestens ein Ventil bzw. Klappe 172 in die Absaugung eingebunden werden kann.
- Aspekt 2) Verfahren und/oder Vorrichtung zur Fliehkraft-Fettvorabscheidung, vorzugsweise nach Aspekt 1, die bevorzugt durch strömungstechnisches Zu- und Wegschalten einzelner Segmente über einen breiten Volumenstrombereich der Absaugung mit optimaler Anströmgeschwindigkeit bzw. Durchsatzmenge betrieben werden kann.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insofern insbesondere ein Verfahren zur vorzugsweise schnellen Durchsatzsteigerung einer Absaugvorrichtung, insbesondere für eine Absaugung von Küchenabluft, vorzugsweise eine energieeffiziente und bedarfsgerechte Absaugung von Küchenabluft,
- die zumindest die folgenden Bestandteile umfasst:
- eine Absaughaube (110),
- eine optionale Fliehkraft-Fettvorabscheidung,
- einen Ventilator (140), der über eine Drehzahlregelung für eine variable Absaugluftmenge vorgesehen ist und der die Absaugmenge aus einem niedrigen Teillastbettrieb, d.h. insbesondere 20 Prozent, besonders schnell ,d.h. insbesondere in maximal 2 Sekunden, d.h. bevorzugt um einen Faktor von mindestens zwei, besonders bevorzugt um einen Faktor von mindestens fünf und am meisten bevorzugt um einen Faktor von mindestens acht, steigern kann,
- wobei
- zur schnellen Steigerung der Absaugmenge, d.h. insbesondere von 20 Prozent auf mindestens 80 Prozent in maximal zwei Sekunden, zumindest eine der folgenden Maßnahmen zur Anwendung kommt:
- eine Erhöhung der Drehzahl des Ventilators (140) dadurch, dass eine Schwungmasse (146), die bevorzugt als Schwungscheibe ausgebildet ist, vorgesehen ist, die die in der Schwungsmasse gespeicherte (mechanische) Energie schnell, d.h. insbesondere innerhalb von maximal zwei Sekunden, mittels einer Kupplung (144) an den Ventilator (140) übertragen kann;
- eine Einbringung von Jet·Pulse-Druckluft (120);
- eine Zuschaltung eines separaten Spitzenlastventilators (162), der vorzugsweise über mindestens eine Regelklappe (166) in die Absaugung eingebunden wird bzw. eingebunden werden kann;
- Zuschaltung eines Vakuumvorratsbehälters (168), der bevorzugt mittels eines Evakuierungsgebläses (170) langfristig, d.h. insbesondere über mehrere Stunden bis zu einem zweischichtigen Arbeitstag, d.h. 16 Stunden, oder permanent (24/7/365) auf Unterdruck gehalten wird, und der vorzugsweise über mindestens ein Ventil bzw. eine Klappe (172) in die Absaugung eingebunden wird bzw. eingebunden werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht verfahrensseitig vor, dass zur Fliehkraft-Fettvorabscheidung durch strömungstechnisches Zu- und/oder Wegschalten einzelner Segmente über einen breiten Volumenstrombereich der Absaugung mit optimaler, d.h. insbesondere ein für die Fließkraftabscheidung akzeptables Intervall der Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Differenz zwischen der Mindestabscheidung der Masse an Fetttröpfchen im Vergleich zur Maximalabscheidung bevorzugt weniger als 50 Prozent und besonders bevorzugt weniger als 20 Prozent beträgt, Anströmgeschwindigkeit bzw. Durchsatzmenge betrieben wird bzw. betrieben werden kann.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insofern ferner insbesondere eine Vorrichtung zur vorzugsweise schnellen Durchsatzsteigerung einer Absaugvorrichtung, insbesondere für eine Absaugung von Küchenabluft, vorzugsweise eine energieeffiziente und bedarfsgerechte Absaugung von Küchenabluft,
- die zumindest die folgenden Bestandteile umfasst:
- eine Absaughaube (110),
- eine optionale Fliehkraft-Fettvorabscheidung,
- einen Ventilator (140), der über eine Drehzahlregelung für eine variable Absaugluftmenge vorgesehen ist und der die Absaugmenge aus einem niedrigen Teillastbettrieb, d.h. insbesondere 20 Prozent, besonders schnell, d.h. insbesondere in maximal 2 Sekunden, d.h. bevorzugt um einen Faktor von mindestens zwei, besonders bevorzugt um einen Faktor von mindestens fünf und am meisten bevorzugt um einen Faktor von mindestens acht, steigern kann,
- wobei
- zur schnellen Steigerung der Absaugmenge, d.h. insbesondere von 20 Prozent auf mindestens 80 Prozent in maximal zwei Sekunden, zumindest eine der folgenden Maßnahmen vorgesehen ist:
- eine Erhöhung der Drehzahl des Ventilators (140) dadurch, dass eine Schwungmasse (146), die bevorzugt als Schwungscheibe ausgebildet ist, vorgesehen ist, die die in der Schwungsmasse gespeicherte (mechanische) Energie schnell, d.h. insbesondere innerhalb von maximal zwei Sekunden, mittels einer Kupplung (144) an den Ventilator (140) übertragen kann;
- eine Einbringung von Jet·Pulse-Druckluft (120);
- eine Zuschaltung eines separaten Spitzenlastventilators (162), der vorzugsweise über mindestens eine Regelklappe (166) in die Absaugung eingebunden ist bzw. einbindbar ist;
- Zuschaltung eines Vakuumvorratsbehälters (168), der bevorzugt mittels eines Evakuierungsgebläses (170) langfristig, d.h. insbesondere über mehrere Stunden bis zu einem zweischichtigen Arbeitstag, d.h. 16 Stunden, oder permanent (24/7/365) auf Unterdruck gehalten wird, und der vorzugsweise über mindestens ein Ventil bzw. eine Klappe (172) in die Absaugung eingebunden ist bzw. einbindbar ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vorrichtungsseitig vor, dass zur Fliehkraft-Fettvorabscheidung durch strömungstechnisches Zu- und/oder Wegschalten einzelner Segmente über einen breiten Volumenstrombereich der Absaugung mit optimaler, d.h. insbesondere ein für die Fließkraftabscheidung akzeptables Intervall der Strömungsgeschwindigkeit, so dass die Differenz zwischen der Mindestabscheidung der Masse an Fetttröpfchen im Vergleich zur Maximalabscheidung bevorzugt weniger als 50 Prozent und besonders bevorzugt weniger als 20 Prozent beträgt, Anströmgeschwindigkeit bzw. Durchsatzmenge betrieben ist bzw. betreibbar ist.
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Die in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele und die im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich einer Erläuterung der Erfindung und sind für die nicht beschränkend.
Bezugszeichen:
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- 100
- Kochstelle
- 102
- Wrasen
- 110
- Absaughaube
- 112
- Fettabscheider 1
- 114
- Fettabscheider 2
- 116
- Fettabscheider 3
- 120
- Einbringung von Jet-Pulse-Druckduft
- 122
- Sensor zur Erfassung der Aktivität der Kochstelle, bevorzugt ausgeführt als ein Infrarotsensor pro Kochstelle, besonders bevorzugt von oben auf die Kochstelle ausgerichtet
- 124
- Regelklappe - insbesondere ohne besondere Anforderungen an die Geschwindigkeit
- 126
- schnell öffnende und schließende Regelklappe, die vorzugsweise auch teilweise öffnen und schließen kann
- 130
- Abluftreinigung bspw. Filter, Kaliumpermanganat, E-Filter, UV/Ozon/Plasma
- 132
- warme Abluft vor Abluftreinigung
- 134
- kalte Zuluft vor Wärmetauscher 2
- 136
- erwärmte Zuluft nach Wärmetauscher 2, optional mit Umluft(-anteil)
- 138
- abgekühlte Abluft nach Wärmetauscher 1
- 140
- Abluftventilator
- 142
- Motor von Abluftventilator, bevorzugt FU-drehzahlgesteuert
- 144
- Kupplung
- 145
- Getriebe
- 146
- Schwungmasse, bevorzugt Schwungscheibe
- 148
- Motor von Schwungmasse
- 150
- Wärmetauscher 1, bevorzugt Lamellenbauform für Wärmetausch von Luft auf Wasser, weniger bevorzugt: andere Wärmeträgerfluide
- 152
- Wärmetauscher 2, bevorzugt Lamellenbauform für Wärmetausch von Wasser auf Luft, weniger bevorzugt: andere Wärmeträgerfluide
- 154
- Umwälzpumpe für bevorzugten Wasserkreislauf, weniger bevorzugt: andere Wärmeträgerfluide
- 156
- optionale Wärmepumpe
- 158
- optionale Umluftführung, bevorzugt anteilig, Volumenstromregelung des Umluftanteils hier ohne detaillierte bildliche Darstellung
- 160
- optional Ventilator für Zuluft
- 162
- separater Ventilator für Spitzenlastabsaugung
- 164
- Motor für Spitzenlastventilator
- 166
- Regelklappe für Spitzenlastventilator
- 168
- Vakuumvorratsbehälter
- 170
- Evakuierungsgebläse
- 172
- Ventile bzw. Klappen zur zielgerichteten Zuleitung des Unterdrucks an einzelne Absaugstellen
- 180
- ein Teil des erfindungsgemäßen Fliehkraft-Fettabscheiders für schwankende Volumenströme, hier dargestellt ist die Teilkomponente mit geöffneter Durchgangsregulierung
- 182
- Fliehkraft-Fettascheider entsprechend dem Stand der Technik, hier beispielhaft mit drei parallelen Kanälen und Umlenkblechen mit Abscheiderinnen am Ende dargestellt
- 184
- Durchgangsregulierung
- 186
- Einströmende stark fetthaltige Abluft
- 188
- Ausströmende schwach fetthaltige Abluft
- 190
- Umlenkblech
- 192
- Abscheiderinne am Ende des Umlenkblechs
- 194
- beispielhaft Flugbahn eines größeren Fetttröpfchens im Gasstrom
- 196
- beispielhaft Abscheidung des größeren Fetttröpfchens im Gasstrom
- 198
- beispielhaft Flugbahn eines kleineren Fetttröpfchens durch den Fettabscheider
- 200
- Regelklappe hier in geöffneter Position mit durchgezogener dicker Linie dargestellt, die geschlossene Position ist in gestrichelter dünnerer Linie dargestellt
- 202
- Feder zur Belastung der Regelklappe 200, ab einem gewissen Staudruck der Strömung öffnet die Feder
- 204
- Befestigung für Feder 202