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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 geeignet, 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 bezüglich 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 Reinigungselemente 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 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, dass 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:
- 1 eine Frontansicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers,
- 2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers, und
- 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 an 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, wenigstens teilweise dem Querschnitt der Wärmetauscherrohre 2 angepasst ist.
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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 Becken, Behältnis oder Abwassertank 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.
