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Die
Erfindung betrifft einen Abwasser-Wärmetauscher mit mehreren
im Wesentlichen parallel verlaufenden Wärmetauscherelementen,
die jeweils mehrere Wärmetauscherrohre umfassen, sowie
einer Reinigungseinrichtung, die mit wenigstens einem Teil der Außenfläche
der Wärmetauscherrohre zusammenwirkt.
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Um
die in privaten, kommunalen und/oder industriellen Abwässern
vorhandene Restwärme nutzen zu können, ist es
Stand der Technik, in Abwasserleitungen oder Abwasserkanälen
bzw. entsprechenden Abwassertanks oder Abwasserreinigungsanlagen
Wärmetauscher zu installieren. Diese werden von einem Wärmeträger
durchflossen, der dem Abwasser Wärme entzieht und diese
schließlich an einen entsprechenden Verbraucher wieder
abgibt. Ein Beispiel eines derartigen Wärmetauschers zeigt die
DE 101 56 253 A1 .
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Insbesondere
in stark verschmutzten Abwässern neigt die Wärmetauscheroberfläche
jedoch zu einer schnellen Verschmutzung durch Belagbildung, die
den Wärmeübergang zwischen Abwasser und Wärmeträger
und somit auch den Wirkungsgrad des Wärmetauschers negativ
beeinflusst. Speziell bei biologisch belasteten Abwässern
wird dieses Phänomen durch verschiedenste biologische Ablagerungen,
so genannte Biofilme, zusätzlich verstärkt.
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Um
Ablagerungen von der Oberfläche eines Wärmetauschers
zu entfernen, schlägt die
EP 0 174 554 A1 vor, die Tauscherflächen
regelmäßig mit Hilfe rotierender Bürsten
zu reinigen. Zwar kann sich eine definierte Turbulenz positiv auf
den genannten Wärmeübergang auswirken. Durch die
Rotation kann es jedoch auch zu unkontrollierten Verwirbelungen
innerhalb des Abwassers kommen, die diesen Effekt wieder egalisieren.
Auch sind die in der
EP
0 174 554 A1 gezeigten Reinigungsbürsten nur für
flächige Wärmetauscher geeig net, da nur hier ein
sicherer Kontakt zwischen Wärmetauscherfläche
und den jeweiligen Borsten der Bürsten gewährleistet
ist. Derartige Wärmetauscher weisen jedoch im Verhältnis
zu ihrem Volumen eine relativ geringe Wärmetauscheroberfläche
auf.
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Es
ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abwasser-Wärmetauscher
vorzuschlagen, dessen Wärmetauscherelemente eine Vielzahl von
Wärmetauscherrohren umfassen, und der dennoch mit Hilfe
einer entsprechenden Reinigungseinrichtung zuverlässig
von Verunreinigungen, insbesondere Biofilmen, gereinigt werden kann,
ohne hierbei unnötige Verwirbelungen innerhalb des Abwassers
zu erzeugen.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Reinigungseinrichtung
Reinigungselemente aufweist, deren Profil wenigstens teilweise dem
Querschnitt der Wärmetauscherrohre angepasst ist. Dies erlaubt
auf einfache und dennoch effektive Weise eine Reinigung der Wärmetauscherrohre,
da durch die erfindungsgemäße Anpassung ein gleichmäßiger Andruck
der Reinigungselemente an die gesamte Oberfläche der Wärmetauscherrohre
während der Relativbewegung zwischen Wärmetauscher
und Reinigungselementen ermöglicht wird. Dies schont zudem
auch die Reinigungselemente an sich, da diese im Bereich der ihr
am nächsten liegenden Oberflächenabschnitte der
Rohre nicht umgebogen oder geknickt werden. Im Ergebnis gewährleistet
die erfindungsgemäße Profil-Anpassung der Reinigungselemente
eine sichere Reinigung entsprechender Wärmetauscherrohre
bei möglichst gleichmäßiger Beanspruchung
der Reinigungselemente sowie der Oberfläche der hiervon überstrichenen
Wärmetauscherrohre. Nicht zuletzt resultiert hieraus auch
eine gleichmäßige Strömung, welche die
Wärmetauscherrohre umgibt und damit einen hohen Wärmeübergang
zwischen Abwasser und Wärmeträger sicherstellt.
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Hierbei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Reinigungselemente im Wesentlichen
halbkreisförmige Aussparungen aufweisen, deren Durchmesser dem äußeren
Durchmesser der Wärmetauscherrohre entspricht. Auf diese
Weise wird sichergestellt, dass die Reinigungselemente, die an den
Rohren vorbeistreichen, optimal an die Wärmetauscherrohre angepasst
sind, resultierend in einer besonders gleichmäßigen
und gründlichen Reinigung der Rohre.
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Auch
bringt es Vorteile mit sich, wenn die Reinigungselemente Bürsten
und/oder Lippen umfassen, da deren Profil einfach auf den Querschnitt der
Wärmetauscherrohre angepasst werden kann. Kommen Bürsten
zum Einsatz, kann die Profilanpassung bei der Verwendung gleichlanger
Borsten durch definiertes Kürzen der Borsten auf unterschiedliche Längen
erfolgen. Auf ähnliche Weise können Reinigungs-Lippen,
z. B. durch Ausstanzen entsprechender Aussparungen, angepasst werden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Bürsten
Borsten auf, die stets in Richtung des nächstliegenden
Wärmetauscherrohres ausgerichtet sind. Durch diese fächerförmige Ausrichtung
kann sichergestellt werden, dass die Kraft, die während
des Reinigungsvorgangs auf die Borsten einwirkt, stets senkrecht
auf die Borsten wirkt, wodurch die Reinigungswirkung und auch die Haltbarkeit
der Borsten erhöht werden kann.
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Von
Vorteil ist ebenso, wenn jeweils ein Wärmetauscherelement
und/oder Wärmetauscherrohr, insbesondere auf gegenüberliegenden
Seiten, mit mehreren Reinigungselementen zusammenwirkt. Hierdurch
wird zum einen die Reinigungswirkung erhöht. Zum anderen
ist eine derartige Anordnung insbesondere deshalb von Vorteil, da
die Reinigungselemente bei halbkreisförmigen Aussparungen
während der Montage meist nur von einer Seite in Richtung
der Rohre herangeführt werden können. Somit kann
auch nur diese Seite des Rohres von dem entsprechenden Reinigungselement überstrichen
werden. Durch die Anordnung mehrerer Reinigungselemente auf gegenüberliegenden
Seiten eines Rohres wird schließlich sichergestellt, dass
dessen gesamte Oberfläche gereinigt werden kann.
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Vorteilhafterweise
sind die Reinigungselemente in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre versetzt
zueinander angeordnet. Hierdurch wird auf einfache Weise verhindert,
dass sich die einzelnen Reinigungselemente gegenseitig beeinflussen,
da ein Kontakt größtenteils ausgeschlossen wird.
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Auch
bringt es Vorteile mit sich, wenn sich die Borsten der Bürsten
und/oder die Lippen bis in die Zwischenräume zwischen den
Wärmetauscherrohren erstrecken. Zwar erfüllen
sie in diesem Bereich keine direkte Reinigungswirkung. Sie stützen
hier jedoch die mit der Oberfläche der Wärmetauscherrohre
direkt in Kontakt kommenden Borsten seitlich ab, so dass von diesen
Borsten genügend Kraft auf die Oberfläche der
Rohre ausgeübt werden kann. Auch bei der Verwendung von
entsprechenden Putzlippen ist es von Vorteil, wenn diese durchgehend
ausgebildet sind und somit Teilbereiche aufweisen, die nicht mit
den Wärmetauscherrohren in Kontakt kommen, sondern sich
in die genannten Zwischenräume erstrecken und auf diese
Weise zur Stabilität der Lippen beitragen.
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Darüber
hinaus ist es von Vorteil, wenn sich die Reinigungselemente senkrecht
zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre wenigstens
teilweise überlappen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass
auch die mittig zwischen zwei Reinigungselementen angeordneten Bereiche
der Wärmetauscherrohre stets mit wenigstens einer Reinigungseinrichtung
in Kontakt kommen.
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Vorteilhaft
ist zudem, wenn die Reinigungselemente mit wenigstens einem Trägerelement
in Verbindung stehen. Auf diese Weise lassen sich mehrere Reinigungselemente
zu einem Element verbinden, so dass eine gemeinsame Bewegung der
einzelnen Reinigungselemente ermöglicht wird. Als Trägerelement
bieten sich entsprechende (Metall-)Profile an, an denen die Reinigungselemente
beispielsweise beidseitig angeschraubt werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn mehrere
Trägerelemente mit einem Führungselement in Verbindung
stehen, das be züglich der Wärmetauscherrohre mit
Hilfe einer Lagerung, beispielsweise in Form entsprechend geführter
Laufrollen, beweglich gelagert ist. Hierdurch lassen sich sämtliche
Reinigungselemente zu einer gemeinsamen Reinigungseinrichtung vereinen,
die sich schließlich über einen gemeinsamen Antrieb
relativ zum eigentlichen Wärmetauscher bewegen lassen. Zudem
wird durch die Verbindung die notwendige Verwindungssteifigkeit
der Reinigungselemente erzielt, so dass ein gleichmäßiges
Anpressen derselben an die Wärmetauscherrohre während
der gesamten Bewegung der Reinigungseinrichtung gewährleistet
werden kann.
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Vorteilhafterweise
steht das Führungselement mit den Trägerelementen über
Zwischenträger in Verbindung. Hierdurch lässt
sich ein entsprechender räumlicher Versatz in Längsrichtung
der Wärmetauscherrohre erzielen. Werden an einem Zwischenträger
mehrere Wärmetauscherelemente angeordnet, die ebenfalls
in Längsrichtung der Rohre versetzt angeordnet sind, kann
hierdurch der Weg, den die Reinigungseinrichtung beim Hin- und Herbewegen zurücklegen
muss, verkürzt werden, da verschiedene Abschnitte der Wärmetauscherrohre
gleichzeitig von unterschiedlichen Reinigungselementen überstrichen
werden.
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Darüber
hinaus ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Wärmetauscherrohre
einen Rahmen aufweisen, da hierdurch die Stabilität des
Wärmetauschers erheblich erhöht werden kann. Ein
derartiger Rahmen, an dem die Rohre befestigt werden, kann z. B.
aus verschiedensten Hohlprofilen hergestellt sein, die miteinander
verschweißt oder verschraubt sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Rahmen eine Führungsfläche
für die Trägerelemente aufweisen. Dies stellt
eine stets korrekte Positionierung der an den Trägerelementen
befestigten Reinigungselementen bezüglich der Wärmetauscherrohre
sicher, resultierend in einer möglichst gleichmäßigen und
gründlichen Reinigung des Wärmetauschers. Die
Führungsfläche kann dabei beispielsweise durch den
Rahmen selbst, aber auch durch zusätzliche Profile gebildet
werden, die wiederum am Rahmen befestigt sind.
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Auch
bringt es erhebliche Vorteile mit sich, wenn jeweils mehrere, insbesondere
jeweils zwei, Wärmetauscherelemente mit Hilfe einer Verbindung zu
einem Modul zusammengefasst sind. Neben der Erhöhung der
Stabilität verkürzt sich hierdurch auch die Zeit,
die zum Aufstellen des Wärmetauschers in einem entsprechenden
Kanal oder Becken benötigt wird, da sich die Zahl der vor
Ort zu verbindenden Einzelelemente entsprechend verringert.
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Vorteilhafterweise
stehen jeweils mehrere, insbesondere jeweils zwei, benachbarte Wärmetauscherelemente
mit wenigstens einem gemeinsamen Rahmenelement in Verbindung. Auf
diese Weise erhält man Module, deren Einzelelemente bereits
ohne zusätzliche Verbindungselemente durch den Rahmen selbst
verbunden sind.
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Vorteilhaft
ist zudem, wenn die Reinigungselemente wenigstens teilweise aus
einem antibakteriell wirkenden Material bestehen. Dies kann besonders
in biologisch belasteten Abwässern eine Belagbildung an
den Reinigungselementen selbst verhindern, deren Reinigungswirkung
in diesem Fall konstant bleibt. Das antibakteriell wirkende Material
kann hierbei in Form von Beschichtungen, Partikeleinschlüssen
oder auch als Reinsubstanz Verwendung finden.
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Ebenso
ist es von Vorteil, wenn die Rahmenelemente Durchbrechungen zur
Aufnahme der Wärmetauscherrohre aufweisen, so dass die
Rahmenelemente nicht nur der Erhöhung der Stabilität
des Wärmetauschers, sondern gleichzeitig auch der Lagerung
der Wärmetauscherrohe dienen.
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Zusätzlich
bringt es Vorteile mit sich, wenn dem Abwasser-Wärmetauscher
eine Diffusoreinrichtung, insbesondere in Form wenigstens eines
Diffusorrohres, zugeordnet ist. Durch Einpressen von Luft kann schließlich
im Bereich des Wärmetauschers eine konvektive Abwasserströmung
hervorgerufen werden, die den Wärmeübergang erhöht
und gleichzeitig zur Reinigung der Wärmetauscherrohre beiträgt.
Auch wird die Wirkung von biologischen und/oder chemischen Reinigungsstufen
unterstützt, die im Bereich des Wärmetauschers
zum Einsatz kommen können.
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Vorteilhafterweise
ist dem Abwasser-Wärmetauscher zusätzlich oder
alternativ ein Rührwerk zugeordnet, das ebenfalls der Erzeugung
einer konvektiven Strömung dient und eine verbesserte Reinigung
und einen erhöhten Wirkungsgrad des Wärmetauschers
bewirken kann.
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Von
Vorteil ist es darüber hinaus, wenn der Abwasser-Wärmetauscher
in einem Abwasserbecken, insbesondere einem Sandfang, angeordnet
ist, da hier baulich bedingt bereits Strömungen vorherrschen,
die einen günstigen Wärmeübergang zwischen
Abwasser und Wärmeträger zur Folge haben.
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Weitere
Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine
Frontansicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers,
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2 eine
Draufsicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers,
und
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3 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers.
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Die
Figuren zeigen verschiedene Ansichten eines Abwasser-Wärmetauschers
mit mehreren im Wesentlichen parallel verlaufenden Wärmetauscherelementen 1,
die jeweils mehrere Wärmetauscherrohre 2 umfassen.
Wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, sind diese über
Rohrkrümmer 3 derart verbunden, dass sie von einem
entsprechenden Wärmeträger abwechselnd in entgegengesetzte Richtung
durchströmt werden können. Mehrere solcher Rohr-Reihen
sind wiederum parallel nebeneinander angeordnet (s. 1 und 2)
und bilden schließlich den Wärmetauscher.
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Die
Wärmetauscherrohre 2 sind wiederum mit Hilfe von
Rahmen 4 zusammengefasst, wobei, wie in 1 zu
sehen, jeweils zwei Wärmetauscherelemente 1 zu
einem Modul verbunden sind. Die Seitenwände 5 der
Rahmen 4 können dabei Bohrungen aufweisen, in
denen die einzelnen Wärmetauscherrohre 2 gelagert
sind.
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Um
die Oberfläche der Wärmetauscherrohre 2 von
insbesondere biologischen Ablagerungen in Form von Biofilmen zu
befreien bzw. eine entsprechende Bildung derselben von vorneherein
zu verhindern, weist der Abwasser-Wärmetauscher eine Reinigungseinrichtung
auf, die eine Vielzahl von Reinigungselementen 6 umfasst.
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Diese
Reinigungselemente 6, die beispielsweise durch entsprechende
Bürsten 7 oder Lippen 8 (s. 1)
gebildet werden, sind wiederum an Trägerelementen 9 befestigt,
die ihrerseits über Zwischenträger 10 mit
einem Führungselement 11 in Verbindung stehen.
Das Führungselement 11 übernimmt im gezeigten
Beispiel die Funktion des gemeinsamen Aufhängeelements
der Reinigungseinrichtung. Hierüber wird die gesamte Reinigungseinrichtung
letztendlich über eine Lagerung, z. B. in Form von Laufrollen 12,
geführt. Hierfür sind den Laufrollen 12 Schienen 13 zugeordnet,
in der die Reinigungseinrichtung schließlich relativ zu
den einzelnen Wärmetauscherrohren 2 und in deren
Längsrichtung beweglich gelagert ist. Die Schienen 13 können
dabei je nach Einsatzort des Wärmetauschers beispielsweise an
einer Kanalwand, einer Beckenwand oder auch an einem separaten Gestell
befestigt sein.
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Erfindungsgemäß wird
nun vorgeschlagen, dass das Profil der Reinigungselemente 6,
im gezeigten Beispiel der Bürsten 7 und/oder Lippen 8,
wenigs tens teilweise dem Querschnitt der Wärmetauscherrohre 2 angepasst
ist. Wie aus 1 ersichtlich, wird hierdurch
sichergestellt, dass die gesamte Oberfläche der Wärmetauscherrohre 2 von
den Reinigungselementen 6 überstrichen wird, ohne
dass es zu einem Umknicken oder Verbiegen derselben kommt. Dies
resultiert letztendlich in einer verbesserten Reinigungsleistung
und einer längeren Haltbarkeit der Reinigungselemente 6.
Das Profil der Wärmetauscherrohre 2 wird dabei
entweder bereits bei der Produktion der Reinigungselements 6 berücksichtigt oder
anschließend herausgestanzt, so dass in jedem Fall die
gezeigten Aussparungen 14 erhalten werden.
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1 zeigt
ebenso, dass jeweils zwei Reinigungselemente 6 mit den
Wärmetauscherrohren 2 in Kontakt stehen. Um zu
verhindern, dass zwischen den jeweils gegenüber liegenden
Reinigungselementen 6 ein Bereich der Wärmetauscherrohre 2 unberührt
bleibt, sind die Reinigungselemente 6 vorteilhafterweise
derart angeordnet, dass sich ihr Wirkbereich überlappt.
Die Reinigungselemente 6 erstrecken sich in diesem Fall
bis in den Zwischenraum 15, der sich zwischen den Wärmetauscherrohren 2 befindet.
Das Profil der Reinigungselemente 6 ist besonders deutlich
auf der linken Seite von 1 zu erkennen, da hier der Übersicht
halber das eigentlich von links hereinragende Reinigungselemente 6 sowie
die beiden unteren Wärmetauscherrohre 2 weggelassen
wurden.
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Insbesondere,
wenn die Reinigungselemente 6 durch Borsten einer Reinigungsbürste
gebildet werden, hat die gezeigte Anordnung zudem den Vorteil, dass
die mit der Oberfläche der Wärmetauscherrohre 2 in
Kontakt kommenden Borsten von den in den Zwischenraum 15 ragenden
Borsten seitlich gestützt werden. Ähnlich gilt
dies auch für die Verwendung von Putzlippen. Auch hier
ist es sinnvoll, die Lippen 8 von oben nach unten durchgängig
zu gestalten, um eine entsprechende Stabilität zu gewährleisten.
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Um
die Reinigungswirkung der Reinigungseinrichtung zu unterstützen,
die im übrigen zusammen mit dem Wärmetauscher
in einem nicht gezeigten Be cken, Behältnis oder Abwassertank,
aber auch in einem Kanal angeordnet sein kann, können unterhalb
der Wärmetauscherrohre 2 zusätzlich schematisch
dargestellte Diffusorrohre 16 oder Rührwerke 17 angeordnet
sein. Diese erzeugen zudem eine konvektive Abwasserströmung
im Bereich des Wärmetauschers, die den Wärmeübergang
zwischen Abwasser und Wärmeträger positiv beeinflusst.
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Des
weiteren zeigt 3, dass an einem Zwischenträger 10 auch
mehrere, beispielsweise in Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 2 versetzt angeordnete,
Trägerelemente 9 mit damit verbundenen Reinigungselementen 6 befestigt
sein können, so dass das Führungselement 11 über
eine geringere Wegstrecke verschoben werden muss.
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Die
vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Abwandlungen der Erfindung sind
im Rahmen der Patentansprüche ohne weiteres möglich,
wobei ausdrücklich sämtliche in den Patentansprüchen,
der Beschreibung sowie den Figuren offenbarte Einzelmerkmale in
beliebiger Kombination miteinander verwirklicht werden können,
soweit dies sinnvoll und möglich erscheint.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10156253
A1 [0002]
- - EP 0174554 A1 [0004, 0004]