DE3127642C2 - Heat exchanger - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Einsatz als Kühlaggregat eines üblichen Wärmepumpenkreislaufes zum Abkühlen und Entfeuchten von stark schmutz- und staubhaltiger Luft, etwa in einem Vieh- oder Geflügelstall, mit mindestens einer in einem kastenförmigen Strömungskanal angeordneten Kühlschlange, die vom expandierten Kühlmittel des Kreislaufes durchströmt im Strömungsbereich der Luft angeordnet ist und dieser Wärme entzieht. Das Besondere der Erfindung wird darin gesehen, daß jede Kühlschlange flach ausgebreitet in einem von extrem glatten Platten umgrenzten, allseits umschlossenen flachen Raum angeordnet ist, der von einem hochwärmeleitfähigen Medium gefüllt ist, und daß die der strömenden Luft ausgesetzten, die Vorder- und Rückseiten des Raumes bildenden Platten im wesentlichen vertikal angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung des Wärmetauschers wird erreicht, daß der sich auf den Platten absetzende Schmutz zusammen mit dem Kondenswasser spätestens beim Abtauen des Wärmetauschers ablaufen kann.The present invention relates to a heat exchanger for use as a cooling unit in a conventional heat pump circuit for cooling and dehumidifying very dirty and dusty air, for example in a cattle or poultry house, with at least one cooling coil arranged in a box-shaped flow channel through which the expanded coolant of the circuit flows is arranged in the flow area of the air and removes heat from it. The special feature of the invention is seen in the fact that each cooling coil is spread out flat and arranged in a flat space, which is enclosed on all sides by extremely smooth plates and filled with a highly thermally conductive medium, and that the front and rear sides of the exposed to the flowing air Space-forming panels are arranged substantially vertically. This design of the heat exchanger ensures that the dirt deposited on the plates can run off together with the condensation water at the latest when the heat exchanger is defrosted.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher zum Einsatz als Kühlaggregat eines üblichen Wärmepumpenkreislaufes zum Abkühlen und Entfeuchten von stark schmutz- und staubhaltiger Luft, etwa in einem Vieh- oder Geflügelstall, mit mindestens einer in einem bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen geschlossenen Gehäuse angeordneten Kühlschlange, die vom Kältemittel durchströmt im Strömungsbereich der Luft angeordnet ist und dieser Wärme entzieht.The present invention relates to a heat exchanger for use as a cooling unit in a conventional heat pump circuit for cooling and dehumidifying air that is very dirty and dusty, for example in one Cattle or poultry house, with at least one closed except for the inlet and outlet openings Housing arranged cooling coil, through which the refrigerant flows in the flow area of the air is arranged and removes heat from it.

Derartige Wärmetauscher als Teil eines üblichen Wärmepumpenkreislaufes sind vielfach bekannt. So vertreibt die Anmelderin unter dem Warenzeichen »Hygrotherm« eine Wärmepumpe, die zur Stalluftentfeuchtung und Stallklimatisierung dient. Dabei bewirkt der als Glattrohrverdampfer aus verzinntem Kupferrohr ausgebildete Wärmetauscher eine Abkühlung der hindurchströmenden Stalluft unter den Taupunkt, so daß überschüssige Feuchtigkeit aus der Stalluft kondensiert und abgeführt werden kann. Die dabei gewonnene Wärme kann beispielsweise zur Brauchwassererwärmung verwendet werden.Such heat exchangers as part of a conventional heat pump circuit are widely known. So the applicant sells under the trademark »Hygrotherm« a heat pump which is used for dehumidifying the house air and air conditioning in the stable. The works as a smooth tube evaporator made of tinned copper pipe trained heat exchangers a cooling of the stall air flowing through below the dew point, see above that excess moisture from the stable air can condense and be removed. The won Heat can be used, for example, to heat domestic water.

Bei einer solchen Wärmepumpenanlage, bei der auf den Wärmetauscher die stark schmutz- und slaubhaltige Stalluft einwirkt, kommt es je nach der Verunreinigung der Luft nach längerer Betriebsdauer zu einem mehr oder weniger starken Zusetzen des Wärmetauschers mit dem aus der Luft auf den Kühlflächen des Wärmetauschers Verdampfers abgelagerten Schmutz. DadurchWith such a heat pump system, where the heat exchanger is heavily contaminated with dirt and foliage If air has an effect on the house, there will be more, depending on the air pollution, after a longer period of operation or less severe clogging of the heat exchanger with that from the air on the cooling surfaces of the heat exchanger Evaporator deposited dirt. Through this

ίο sinkt der Wirkungsgrad der Anlage ganz erheblich und es kann sogar zum völligen Ausfall derselben kommen. Dieser Mangel kann nur durch sorgfältiges Reinigen der Kühlschlangen des Wärmetauschers wieder behoben werden, was eine wenig wünschenswerte zusätzliche Handarbeit erfordertίο the efficiency of the system drops quite considerably and they can even fail completely. This deficiency can only be remedied by carefully cleaning the Cooling coils of the heat exchanger can be fixed again, which is a less desirable additional Requires manual labor

Es ist daher die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen Wärmetauscher der gattungsgemäß vorausgesetzten Art derart weiterzubilden, daß er völlig wartungsfrei arbeiten kann, d. h. es soll insbesondere ein Selbstreinigungseffekt für die der verschmutzten Luft ausgesetzten Wärmetauscherflächen vorgesehen werden derart, daß der darauf niedergeschlagene Schmutz kontinuierlich selbsttätig entfernt und abgeführt wird.It is therefore the object of the present invention to provide a heat exchanger of the generic type to train the assumed type in such a way that it can work completely maintenance-free, d. H. it should in particular a self-cleaning effect for the heat exchanger surfaces exposed to the polluted air are provided in such a way that the dirt deposited thereon is continuously removed automatically and is discharged.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Kühlschlange flach ausgebreitet in einer von extrem glatten Seitenwänden umgrenzten, allseits umschlossene.i Kühlplatte angeordnet ist, die mit einem hochwärmeleitfähigen Medium gefüllt ist, und daß die der strömenden Luft ausgesetzten, die Vorder- und Rückseiten der Kühlplatte bildenden Seitenwände im wesentlichen vertikal angeordnet sind.This object is achieved according to the invention in that each cooling coil spread out flat in one of extremely smooth side walls bordered, enclosed on all sides. i Cooling plate is arranged, which is filled with a highly thermally conductive medium, and that the exposed to the flowing air, the front and rear sides of the cooling plate forming side walls in the are arranged essentially vertically.

Es wird als im Rahmen dieser Erfindung liegend angesehen, den Wärmetausch zwischen der Kühlplatte und der durch den Wärmetauscher strömenden Luft alternativ wie folgt zu gestalten:It is considered to be within the scope of this invention, the heat exchange between the cooling plate and of the air flowing through the heat exchanger as follows:

a) mit direkter Verdampfung in der Kühlplatte,a) with direct evaporation in the cooling plate,

b) mit direkter Verdampfung in der eingebauten Kältemittelschlange, die als Rohr in dem hochwärmeleitfähigen Medium ausgeführt ist,b) with direct evaporation in the built-in refrigerant coil, which is designed as a tube in the highly thermally conductive medium,

c) Betrieb durch Hindurchleiten von Soleflüssigkeit direkt durch die Kühlplatte,c) Operation by passing brine liquid directly through the cooling plate,

d) Hindurchleiten der Soleflüssigkeit durch die im hochwärmeleitfähigen Medium angeordnete Kühlmittelschlange. d) Passing the brine liquid through the coolant coil arranged in the highly thermally conductive medium.

Durch diese Ausbildung des Wärmetauschers wird erreicht, daß das sich auf den kalten, extrem glatten Seitenwänden niederschlagende Kondenswasser beim Herunterlaufen den sich dort ebenfalls absetzenden Schmutz und Staub der Stalluft nach unten mitführt und somit von den den Wärmetausch zwischen dem Kältemittel und der warmen Stalluft bewirkenden Kühlflächen wegführt. Der Wärmetauscher weist ein für den Schmutz und das Kondenswasser geeignetes Auffangbecken bzw. einen Ablauf unterhalb der vertikal angeordneten glatten Platten auf.This design of the heat exchanger ensures that the cold, extremely smooth one Side walls precipitating condensation when running down the there also settling Dirt and dust in the barn air is carried downwards and thus from the heat exchange between the refrigerant and leads away from the cooling surfaces causing the warm stable air. The heat exchanger has a for the Dirt and condensation water suitable collecting basin or a drain below the vertically arranged smooth panels on.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Vorder- und Rückseite jeder Kühlplatte senkrecht zur Längsachse des kastenförmigen Strömungskanals angeordnet. Dabei füllen die Vorder- und Rückseiten jeder Kühlplatte diesen Strömungskanal bis auf einen schmalen Durchlaß auf, der bei den hintereinander angeordneten Räumen abwechselnd oben und unten bzw. rechts und links vorgesehen ist, so daß die durch den Strömungskanal strömende Luft wellen- oder schlangenförmig durch den Strömungskanal geführtIn a preferred embodiment of the invention, the front and back of each cooling plate are perpendicular arranged to the longitudinal axis of the box-shaped flow channel. The front and back sides fill up each cooling plate on this flow channel except for a narrow passage, the one behind the other arranged rooms is provided alternately above and below or right and left, so that the through Air flowing through the flow channel is guided in waves or serpentines through the flow channel

wird, d. h. ständig ihre Strömungsrichtung ändert Durch die wiederholte Umlenkung des die Schmutz- und Staubpartikel mitführenden Luftstromes wird das Ablagern der Partikel auf den feuchten Kühlplatten erleichtert, da diese Partikel den ständigen Richtmigsänderungen des Luftstromes nur unvollständig folgen.will, d. H. constantly changing its direction of flow due to the repeated deflection of the dirt and Dust particles with the air flow, the deposition of the particles on the damp cooling plates is facilitated, because these particles only incompletely follow the constant changes in direction of the air flow.

Bei dem hochwärmeleitfähigen Medium, das in den umschlossenen flachen Räumen, d. h. in den Kühlplatten, zusammen mit den Kälteschlangen angeordnet ist, handelt es sich beispielsweise um eine Solelösung. Durch diese wird ein guter Wärmekontakt zwischen den Kupferrohr-Kälteschlangen und der Innenseite der glatten Platten erreicht Letztere können aus Glas bestehen, doch sind auch andere Materialien einsetzbar, die über die notwendige Oberflächenglätte und die Korrosionsbeständigkeit verfugen, um den durch das Kondenswasser aus der Stalluft herausgelösten aggressiven Dämpfen oder Gasen wie Ammoniak und Schwefelwasserstoff oder Aceton auf Dauer zu widerstehen.In the case of the highly thermally conductive medium that is present in the enclosed flat spaces, i. H. in the cooling plates, is arranged together with the cooling coils, it is, for example, a brine solution. This ensures good thermal contact between the copper pipe cooling coils and the inside of the smooth plates achieved The latter can consist of glass, but other materials can also be used, which have the necessary surface smoothness and corrosion resistance to prevent condensation Aggressive vapors or gases such as ammonia and hydrogen sulfide released from the stable air or to withstand acetone in the long run.

Es ist möglich, den erfindungsgemäßen Wärmetauscher auch als »Reinigungsstufe« vor einen üblichen Wärmetauscher nach dem eingangs abgehandelten Stand der Technik vorzuschaUen, um eine weitgehende Vorreinigung und eine Vortrocknung der dem nachgeschalteten Wärmetauscher zugeführten Stalluft oder dergleichen zu erreichen.It is possible to use the heat exchanger according to the invention as a "cleaning stage" before a conventional one Heat exchangers according to the state of the art discussed at the beginning are to be provided in order to achieve an extensive Pre-cleaning and pre-drying of the stable air supplied to the downstream heat exchanger or to achieve the like.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Wärmetauschers wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt dieAn embodiment of the heat exchanger according to the invention is referred to below described on the drawings. In these shows the

F i g. 1 eine Seitenansicht des Wärmetauschers (ohne seitliche Verkleidungen) mit in den Rahmen eingesetzten Kühlplatten;F i g. 1 a side view of the heat exchanger (without side panels) with cooling plates inserted into the frame;

F i g. 2 eine Draufsicht auf F i g. 1;F i g. 2 is a plan view of FIG. 1;

F i g. 3 eine Ansicht von rechts aus F i g. 1, wobei die Kühlmittelschlange angedeutet ist; undF i g. 3 is a view from the right of FIG. 1, the coolant coil being indicated; and

F i g. 4 einen Schnitt längs Linie A-Bin F i g. 1.F i g. 4 shows a section along line AB in FIG. 1.

Es wird ein langgestreckter, kastenförmiger Rahmen 2 für einen Strömungskanal aus Winkelprofilen 4 aus geeignetem Material, etwa einer korrosionsbeständigen speziellen Al-Legierung vorgesehen. Dieser Rahmen wird mit einer geeigneten Verkleidung versehen (nicht dargestellt) und bildet so den Strömungskanal, der einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt besitzt. Senkrecht zu der Längsachse dieses im Querschnitt etwa quadratischen Strömungskanals sind im Ausführungsbeispiel insgesamt 10 Kühlschlangen 6 hintereinander angeordnet, wobei diese abwechselnd um ein geringes Maß nach oben bzw. unten gegenüber der Längsmittelachse versetzt sind. Auf der Vorder- und Rückseite der spiralförmig flach ausgebildeten Kühlschlange sind Glasplatten 8 von etwa quadratischem Umfang aufgebracht, die von U-Profilen 20 vollständig eingefaßt sind und somit die vorerwähnten Kühlplatten ausbilden. Die U-Profile sind innen im Rahmen 2 des Strömungskanals befestigt, und zwar derart, daß die die Kühlschlangen enthaltenden flachen Kühlplatten 10 in Längsrichtung fortschreitend abwechselnd gegeneinander nach oben und unten verschoben sind, so daß jeweils nur an der Oberkante bzw. Unterkante einer jeden flachen Kühlplatte ein schmaler Durchströmkanal 12, 12' freibleibt, durch den die zu entfeuchtende und zu reinigende Luft in den nächsten Zwischenraum zwischen zwei Kühlplatten 10 geführt wird. Dadurch ergibt sich eine wellenförmige oder schlangenförmige Strömungsführung 14 durch den langgestreckten, im Querschnitt etwa quadratischen Strömungskanal. Die Luft strömt dabei in diesem Ausführungsbeispiel jeweils in senkrechter Richtung an den extrem glatten Oberflächen der Vorder- und Rückseite 16,18 der flachen Kühlplatten 10 entlang.
Die die Käliemittelschlangeni enthallenden Kühlplatten sind mit einer geeigneten Solelösung gefüllt, um den bestmöglichen Wärmeübergang zwischen den Kühlmittelsch'.angen und der Innenseite der extrem glatten Seitenwande zu ermöglichen. Diese können etwa aus Glas oder einem geeigneten anderen Werkstoff bestehen, der ausreichend glatt und korrosionsbeständig istAn elongated, box-shaped frame 2 is provided for a flow channel made of angle profiles 4 made of a suitable material, such as a corrosion-resistant special Al alloy. This frame is provided with a suitable covering (not shown) and thus forms the flow channel, which has an essentially square cross-section. In the exemplary embodiment, a total of 10 cooling coils 6 are arranged one behind the other perpendicular to the longitudinal axis of this flow channel, which is approximately square in cross section, these being alternately offset by a small amount upwards and downwards relative to the longitudinal center axis. On the front and back of the spiral-shaped, flat cooling coil, glass plates 8 of approximately square circumference are applied, which are completely surrounded by U-profiles 20 and thus form the aforementioned cooling plates. The U-profiles are fastened inside the frame 2 of the flow channel, in such a way that the flat cooling plates 10 containing the cooling coils are progressively shifted in the longitudinal direction alternately up and down, so that in each case only at the upper edge or lower edge of each flat Cooling plate, a narrow through-flow channel 12, 12 ′ remains free, through which the air to be dehumidified and cleaned is guided into the next space between two cooling plates 10. This results in a wave-shaped or serpentine flow guide 14 through the elongated flow channel, which is approximately square in cross section. In this embodiment, the air flows in a vertical direction along the extremely smooth surfaces of the front and rear sides 16, 18 of the flat cooling plates 10.
The cooling plates containing the Käliemittelschlangeni are filled with a suitable brine solution in order to enable the best possible heat transfer between the Kühlmittelsch'.angen and the inside of the extremely smooth side walls. These can consist of glass or another suitable material that is sufficiently smooth and corrosion-resistant

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmetauscher zum Einsatz als Kühlaggregat eines üblichen Wärmepumpenkreislaufes zum Abkühlen und Entfeuchten von stark schmutz- und staubhaltiger Luft, etwa in einem Vieh- oder Geflügelstall, mit mindestens einer in einem bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen geschlossenen Gehäuse angeordneten Kühlschlange, die vom Kältemittel durchströmt im Strömungsbereich der Luft angeordnet ist und dieser Wärme entzieht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühlschlange (6) flach ausgebreitet in einer von extrem glatten Seitenwänden umgrenzten, allseits umschlossenen Kühlplatte (10) angeordnet ist, die mit einem hochwärmeleitfähigen Medium gefüllt ist, urd daß die der strömenden Luft ausgesetzten, die Vorder- und Rückseiten (16, 18) der Kühlplatte (10) bildenden Seitenwände im wesentlichen vertikal angeordnet sind.1. Heat exchanger for use as a cooling unit a conventional heat pump circuit for cooling and dehumidifying heavily dirt and dusty air, for example in a cattle or poultry house, with at least one in one except for the Inlet and outlet openings closed housing arranged cooling coil, which is from the refrigerant flows through is arranged in the flow area of the air and removes heat from it, thereby characterized in that each cooling coil (6) spread out flat in one of extremely smooth side walls delimited, all-round enclosed cooling plate (10) is arranged, which is covered with a highly thermally conductive Medium is filled, and that those exposed to the flowing air, the front and rear Rear sides (16, 18) of the cooling plate (10) forming side walls are arranged essentially vertically are. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückseite (16,18) jeder Kühlplatte (10) senkrecht zur Längsachse des bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen geschlossenen Gehäuses angeordnet ist.2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the front and rear sides (16,18) each cooling plate (10) perpendicular to the longitudinal axis of the closed except for the inlet and outlet openings Housing is arranged. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlplatten (10) im bis auf die Ein- und Austrittsöffnungen geschlossenen Gehäuse hintereinander angeordnet abwechselnd jeweils oben und unten bzw. links und rechts einen schmalen Durchlaß (12, 12') für die Luftströmung freilassen.3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling plates (10) in the except for the inlet and outlet openings closed housing arranged one behind the other alternately a narrow passage (12, 12 ') for the air flow at the top and bottom or left and right set free. 4. Wärmetauscher nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Rückseite (16,18) einer jeden Kühlplatte (10) aus einer korrosionsfesten glatten Seitenwand, z. B. einer Glasplatte besteht.4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the Front and back (16,18) of each cooling plate (10) from a corrosion-resistant smooth side wall, e.g. B. consists of a glass plate. 5. Wärmetauscher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß direkte Verdampfung in den eingesetzten Kupferrohrschlangen erfolgt.5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that direct Evaporation takes place in the copper coils used. 6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Soleflüssigkeit durch die eingebauten Kältemittelschlangen geführt wird.6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that a brine liquid through the built-in Refrigerant coils is guided.