DE3038317C2 - Trommel-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rotierenden Trommel-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die GB-PS 2 16 165 bezieht sich auf einen Wärmeaustauscher der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Dieser weist jedoch den Nachteil auf, daß der Wärmeaustausch nur über einen Teilbereich des vom Wärme aufnehmenden Medium zurückgelegten Weges im Gegenstrom erfolgt, daß die einzelnen Hohlkörper nicht die für den erfindungsgemäß vorgesehenen Anwendungszweck erforderliche Verwindungssteifigkeit aufweisen, und daß schließlich die Wärmeaustauschfläche nicht optimal groß ist.

Die DE-OS 21 24 010 bezieht sich auf einen Wärmetaustauscher zur Trocknung von mehr oder weniger feuchten festen oder halbfesten Stoffen. Zu diesem Zweck werden die Feststoffe in einen Behälter eingebracht, in welchem eine Welle drehbar gelagert angeordnet ist, auf welcher im Querschnitt nach außen konisch zulautende Hohlkörper sitzen, welche von einem Heizmedium durchflossen werden. Zur Verlängerung des Weges des Heizmediums sind Trennwände vorgesehen, welche jedoch senkrecht zur Mittelebene der einzelnen Hohlkörper angeordnet sind.

Die Herstellung von Hohlkörpern mit derartigen Trennwänden ist besonders aufwendig, da Schweißverbindungen längs der gesamten Trennwandlänge aufgebracht werden müssen und die Trennwände außerdem, wenn sie optimal wirksam sein sollen, der konischen Form der einzelnen Hohlkörper folgen müssen.
Die FR-PS 13 07 918 richtet sich ebenfalls auf einen Wärmeaustauscher, bei welchem zwei feste, konzentrische Rohrgebilde im Austauschbereich ausgebaucht und im Querschnitt mäanderartig ineinander verschlungen sind. Eine derartige Konstruktion würde sich für den erfindungsgemäßen Zweck der Rückgewinnung von Wärme aus mit einer Vielzahl von Ballaststoffen versehenem Schmutzwasser nicht eignen, da sie praktisch keine Möglichkeit zum Reinigen und Entfernen der sich absetzenden Feststoffe bietet.

Aus der DE-PS 2 64 658 ist eine Wärmeaustauschvorrichtung bekannt, welche aus einer Mehrzahl hintereinander angeordneter plattenförmiger Hohlkörper besteht, in deren Mittelebene jeweils eine mit der Antriebswelle verbundene Trennwand angeordnet ist. Die-

se plattenförmige Ausgestaltung kann eine hinreichende Festigkeit aufweisen, wenn die Vorrichtung, wie dort vorgesehen, zum Kühlen von Laugen verwendet wird, wenn die Plattenkörper also keiner besonderen mechanischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Be-. einer Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung bei Schmutzwasser muß ein Verbiegen der Platten befürchtet werden.

Aus der US-PS 25 11 084 und der BE-PS 5 56 433 sind Wärmetauscher bekannt, bei welchen einzelne Hohlkörperabschritte Eindellungen aufweisen, und mittels derselben über Trennwände verbunden sind. Diese vorbekannten Konstruktionen eignen sich aufgrund von deren Aufbau aus zahlreichen, relativ schmalen Teilkammern nicht, wenn das hierdurch fließende Medium feste Bestandteile aufweist

Aus der CH-PS 15 138 ist ein Apparat für Kühl- und Heizzwecke bekannt, also kein Wärmetauscher im engeren Sinn, bei welchem es an sich bekannt ist, benachbarte Kapseln flanschartig nach außen aufzubiegen und in diesem Bereich eine Verbindung vorzunehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher zu schaffen, der insbesondere zur Rückgewinnung von Restwärme aus Flüssigkeiten, vor allem aus Schmutzwasser oder Schlamm geeignet ist. Er muß hierzu im Sinne der Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades eine möglichst große Grenzfläche zwischen den Medien aufweisen, zwischen welchen der Wärmeaustausch stattfinden soll, und gleichzeitig mechanisch so stabil konstruiert sein, daß er den besonderen Belastungen auf seinem spezifischen Einsatzgebiet gewachsen ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Trommel-Wärmetauscher der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Durch die nach innen gewölbten Wülste wird die Fläche der linsenförmigen Hohlkörper wesentlich vergrößert und gleichzeitig wird die Trennwand durch die daran anliegenden Innenflächen der Wülste gehalten, und die Kapselhälften erfahren ihrerseits durch ihre Verbindung mit der Trennwand eine höhere Verwindungssteifigkeit. Darüber hinaus wird durch die angestrebte Zwangsführung für das Wärme aufnehmende Medium durch diese Wülste eine Mehrzahl von Kammern geschaffen, welche das Medium nacheinander durchfließt, so daß insgesamt ein dem Wärmeaustausch förderlicher besonders langer Weg bis zum Wiederaustritt erzielt wird. Die erfindungsgemäß vorgesehenen flanschartig nach außen aufgebogenen Randbereiche der Kapselhälften schaffen gleichzeitig einen Durchgangskanal von einem linsenförmigen Hohlkörper zum nächsten, ermöglichen eine leichte Verbindung der einzelnen linsenförmigen Körper untereinander und fördern daneben noch in besonders vorteilhafter Weise die Festigkeit des gesamten Hohlkörpers.

Diese Festigkeit wird weiterhin noch dadurch erhöht, daß die Trennwände mit der Rotorwelle drehfest verbunden sind.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform des Wärmetauschers ist das Gehäuse, das mindestens einen drehbar gelagerten Rotor aufnimmt, an seinen gegenüberliegenden Enden in an sich bekannter Weise mit hohlen Drehzapfen versehen. Diese Drehzapfen verbinden die Kammern der Hohlkörper nach außen und sind in Lagern abgestützt, die lösbar mit den Stirnwänden des Gehäuses verbunden sind. Die Öffnungen der Drehzapfen sind mittels dichtender Mittel hydraulisch miteinander verbunden, wobei die Drehzapfen ihrerseits an einer Lager-Konstruktion befestigt sind, die eine Drehung des Rotors und ein Aufklappen des Gehäuses zur Reinigung und zur Wartung der verschiedenen Teile des Wärmetauschers erlauben. Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 einen axialen Querschnitt des Wärmetauschers,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Wärmetauschers in teilweise aufgebrochener Darstellung und

F i g. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des axial geschnittenen Wärmetauschers nach Fig. 1.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine mögliche Anwendungsform des Wärmetauschers, die hauptsächlich zur Wärme-Zurückgewinnung aus Schmutzwasser verwendet wird. Der Wärmetauscher besteht aus einem Gehäuse A, in dem die eine der beiden Flüssigkeiten zirkuliert. Dieses Gehäuse A nimmt drehbar eine oder mehrere Trommeln oder Rotoren B auf, in denen die andere Flüssigkeit im Gegenstrom zirkuliert

In diesem speziellen Ausführungsbeispiel wird das Gehäuse A im wesentlichen aus einem zylindrisch mit planen Flächen trogförmigen Teil 10 und zwei sich gegenüberliegenden Stirnwänden 12, 14 gebildet, die entsprechend verstärkt sind und mit etwa in ihrer Mitte angeflanschten Lagern 16,18 versehen sind, wobei diese Lager 16,18 zum Inneren des trogförmigen Teils 10 des Gehäuses A hin vorstehen. Jedes dieser Lager 16,18 ist mit Rollenlagern 20 (siehe F i g. 3) und 'Wellendichtungen 22 versehen, die hohle Drehzapfen 32,34 und nach außen von den Stirnwänden 12, 14 des Gehäuses A vorspringende hohle Anschlußzapfen 24, 26 gegeneinander abdichten. Die inneren Enden der Anschlußzapfen 24, 26 schließen mit Dichtungs-Flanschen 28,30 ab. Diese Flansche 28,30 sind mit Bohrungen versehen, die mit entsprechenden Bohrungen in Flanschen der Lager 16,18 übereinstimmen. Die Lager 16,18 werden mittels durchgehender Schrauben an den Stirnwänden 12, 14 des Gehäuses A angeflanscht. Die hohlen Anschlußzapfen 24, 26 sind somit hydraulisch (mittels der Wellendichtungen 22) mit den hohlen Drehzapfen 32, 34 verbunden, die die Enden einer den Rotor B tragenden Welle 36 bilden. Die Enden der hohlen Drehzapfen 32, 34 und die jeweiligen Flansche der Lager 16, 18 sind koplanar mit den Flanschen 28, 30. Entsprechend der Länge der Drehzapfen 32, 34 kann, falls benötigt, der Abstand vom Rotor Z? zum Gehäuse A vergrößert werden. Der Rotor B ist somit im Gehäuse A drehbar gelagert und hydraulisch zur Außenseite hin über auswechselbare Rohranschlußstücke 38, 40 am freien Ende der hohlen Anschlußzapfen 24,26 verbunden, um daran ein Rohr mit entsprechendem (gegebenenfalls geringerem) Durchmesser zur Zu- und Abführung der einen Flüssigkeit zu verbinden.

Die hohlen Anschlußzapfen 24,26 sind mit Klammern 42,44 an den Enden von Stützen 46, die auf einer Grundplatte 48 befestigt sind, mit einem Paar Verriegelungsteile 50 gesichert. Ein Teil (Bolzen) der schäkelförmig ausgebildeten Klammern 42, 44 ermöglicht das Entfernen des Gehäuses A von seinem Untersatz. Weiterhin ermöglichen die Verriegelungsteile 50, das Gehäuse A in einer Arbeitsposition (wie in der Zeichnung dargestellt) oder in einer gekippten Lage, bei der das Gehäuse

d5 A um die Anschlußzapfen 24, 26 beispielsweise um 90° gedreht ist. um so ein vorteilhaftes Reinigen des trogförmigen Teils 10 zu ermöglichen, zu verriegeln. Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß

das Gehäuse A in Arbeitsstellung durch einzelne Verriegelungsteile 50, die z. B. aus entsprechenden Teilen bestehen, um die Arme der Klammern 42, 44 miteinander zu verbinden und folglich auch damit die Drehzapfen 24, 26 zu sichern, verriegelt werden kann. Die Welle 36 des Rotors B trägt eine Anzahl an ihr befestigter linsenartig geformter Hohlkörper 52, die hintereinander angeordnet sind. Diese linsenartigen Hohlkörper 52 bestehen aus zwei Kapselhälften oder Kappen 53, 54 (siehe F i g. 3), die an ihren Rändern beispielsweise durch Verschweißen miteinander verbunden sind.

In der Mitte dieser Kapselhälften oder Kappen 53,54 sind öffnungen ausgebildet und deren Randbereiche 56, 57 aufgebogen, um jeweils den Randbereich 56 eines Hohlkörpers 52 mit dem Randbereich 57 eines benachharten Hohlkörpers dicht und fest zu verbinden. Diese Hohlkörper 52 sind der Reihe nach an der Rotor-Welle 36 mittels jeweils zwei Stegen in Form von durchbrochenen Trennwänden 58,60, die zwischen den Hohlkörpern 52 und der Welle 36 liegen, befestigt. Die Trennwände 58 bestehen aus durchbrochenen Kreisscheiben mit abgewinkelten Kanten. Diese werden am inneren Radius mit der Welle 36 verbunden und am äußeren Rand mit den Verbindungsstellen der aufgebogenen Randbereiche 56, 57 zweier benachbarter Hohlkörper 52 durch Verschweißen verbunden.

Die Trennwände 60 bestehen ebenso aus durchbrochenen Kreisscheiben, die sich in das Innere der Hohlkörper 52 ausdehnen. Die äußeren Ränder dieser Trennwände 60 werden an Stellen, wo durch Zusammendrükken des Hohlkörpers Wulste 64,65 ausgebildet werden, befestigt und gesichert (beispielsweise festgeklemmt). Diese Verformungen in Form der Wulste 64,65 sind so am Hohlkörper 52 angebracht, daß dadurch, zusammen mit der dazwischen geklemmten Trennwand 60 jeweils drei miteinander in Verbindung stehende Kammern C1, C2 und C3 innerhalb der einzelnen Hohlkörper 52 entstehen.

Die Ränder 56 und 57 der jeweils äußeren Hohlkörper 52 sind durch Verschweißung mit einer Abdeckung 55 verbunden, die an ihren äußeren Seiten mit den jeweiligen hohlen Drehzapfen 32,34 der Welle 36 verbunden sind und eine Kammer CA bilden. Die hohlen Drehzapfen 32,34 der Welle 36 sind in ihrem von der Abdekkung 55 überdeckten Bereich mit radialen Löchern 51 versehen, um eine Verbindung mit den ringförmigen Kammern C 4 in den Abdeckungen 55, die zu den Kammern C der Hohlkörper 52 führen, herzustellen. Die teilweise durchbrochenen Trennwände 58, 60, die die notwendigerweise aus dünnem Metall-Plattenmaterial hergestellten Hohlkörper 52 von erheblicher Größe versteifen, können zusätzlich die Aufgabe haben, eine Zwangsführung der Flüssigkeit in den Hohlkörpern 52 zu bewirken.

Zusätzliche Zwischenwände 66 sind fest an der Innenseite des trogförmigen Teils 10 des Gehäuses A angebracht und dehnen sich über seine ganze Höhe aus. Durch diese spezielle Anordnung wird eine Hintereinanderfolge von Kammern innerhalb des trogförmigen Teils 10 gebildet Diese Kammern sind hydraulisch durch Öffnungen 68 im oberen Bereich der einzelnen Zwischenwände 66 miteinander verbunden. Die öffnungen 68 im Bereich zwischen den einzelnen Hohlkörpern erlauben einen Durchfluß von Kammer zu Kammer.

Der Rotor B wird durch einen Motor D, der mittels Befestigungsteile auf einer Platte 70 auf dem oberen Teil 10 des Gehäuses A befestigt ist, auf einer geeigneten Drehzahl gehalten. Der Motor D ist ein Flüssigkeitsantrieb und treibt den Rotor B durch Antriebsritzel 72, Antriebskette 74 und Kronenrad 75 an.

Der erste Kreislauf des Wärmetauschers beginnt mit einem Rohrverbindungsstück 76 an der Stirnwand 12, das die erste Flüssigkeit zuführt, in unserem Beispiel Schlamm, Schmutzwasser od. dgl. Die gegenüberliegende Gehäuse-Stirnseite 14 ist mit einem abgewinkelt ausgebildeten Rohrverbindungsstück 78 zum Auslaß versehen, das in ein mit einem Bodenabfluß 82 versehenes Überlaufgefäß oder Wehr 80 führt. Durch die Höhe des Wehrs 80 kann der Flüssigkeitsspiegel im Gehäuse A reguliert werden. Der Durchmesser dieser Ausflußrohre ist entsprechend der Beschaffenheit und der Durchflußrate der verwendeten Flüssigkeit dimensioniert, die, wie oben angeführt, Schlamm oder Schmutzwasser sein kann.

Die beschriebene Ausführungsform ermöglicht einen kontinuierlichen Flüssigkeitsfluß von Einlaß zu Auslaß ohne Verstopfungen, insbesondere während des Flusses durch die durch die Zwischenwände 66 gebildeten Kammern. Die Bodenteile dieser Zwischenwände 66 können, falls notwendig, mit Durchströmkanälen oder öffnungen versehen sein.

Der zweite Flüssigkeitskreislauf des Wärmetauschers arbeitet im Gegenstrom zum ersten und beginnt am Rohranschlußstück 40. Nach Durchfluß durch die erste Sammel-Kammer CA fließt die Flüssigkeit nacheinander durch die Kammern Cl, C2, C3 aller Hohlkörper 52, um sich schließlich in der anderen Kammer C4 zu sammeln und durch das Rohranschlußstück 38 auszufließen.

Der Wärmetauscher ist völlig dafür ausgebildet Wärme insbesondere aus Abfall-Flüssigkeiten, die auch in Form von Schlamm vorliegen können, zurückzugewinnen. Die Wärmetauscheroberflächen des Rotors B werden hinsichtlich der entlangströmenden Flüssigkeit im trogförmigen Teil 10 kontinuierlich erneuert, so daß sie einen konstanten Wärmeaustausch sichern und folglich einen optimalen thermischen Wirkungsgrad garantieren.

Durch die spezielle Ausgestaltung des Wärmetauschers wird eine leichte Reinigung und Beseitigung der Kruste, die sich auf der metallenen Oberfläche des Wärmetauschers bildet, gewährleistet, da dieser zerlegt werden kann. Das Gehäuse A läßt sich nach Lösen der Verriegelungsteile 50 aus den Klammern 42,44 nehmen. Der Rotor B läßt sich durch Lösung der entsprechenden Schrauben 25, die die Lager 16, 18 an den Stirnwänden 12,14 des trogförmigen Teils 10 sichern, leicht zerlegen und aus dem Gehäuse A herausnehmen, da die Flächen der Drehzapfen 32,34 der Welle 36 koplanar zu denen der hohlen Anschiußzapfcn 24, 26 und den Flächen der Dichtungs-Flansche 28,30 sind.

Alle Außenflächen und insbesondere auch die inneren Flächen des trogförmigen Teils 10 des Wärmetauschers sind für Reinigungsmittel (Wasserstrahl, Bürsten od. dgl.) gut zugänglich. Wenn eine obere Abdeckplatte 84 und der Rotor S von dem trogförmigen Teil 10 abgenommen sind, kann dieses zur Reinigung um die Drehzapfen 24, 26 gekippt werden. Falls nötig, können die Zwischenwände 66 ebenfalls entfernt werden, sofern sie an den Wänden des trogförmigen Teils 10 des Gehäuses A abnehmbar, z. B. durch Halterungen in Führungsschienen, befestigt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher, bestehend aus einem Gehäuse, in dem das Wärme abgebende Medium geführt wird, und einem in diesem Gehäuse drehbar angeordnetem Hohlkörper, in dem das die Wärme aufnehmende Medium geführt wird, wobei die Zu- und Abfuhr durch hohle Drehzapfen erfolgt, und dieser Hohlkörper eine Mehrzahl linsenförmiger, miteinander verbundener Körper umfaßt, welche durch je zwei Kapselhälften gebildet sind und jeweils eine längs der Mittelebene verlaufende Trennwand aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapselhälften (53,54) im Bereich ihrer Peripherie einander gegenüberliegende, nach innen gewölbte, zur Halterung einer in der Mittelebene angeordneten Trennwand (60) an diese anliegende Wülste (64 bzw. 65) aufweisen, daß die inneren Randbereiche (56, 57) jeder Kapselhälfte (53, 54) zur Verbindung mit dem Randbereich (56,57) der jeweils benachbarten Kapselhälfte (S3,54) flanschartig nach außen aufgebogen sind, und daß zwischen benachbarten Körpern zu den in der Mittelebene liegenden Trennwänden (60) parallel angeordnete Trennwände (58) vorgesehen sind, wobei die Trennwände (58,60) mit den Kapselhälften (53, 54) ebenso wie mit der Rotorwelle (36) drehfest verbunden sind und Durchbrechungen zum Flüssigkeitsdurchtritt aufweisen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (B) in an sich bekannter Weise an seinen Enden mit hohlen Drehzapfen (32, 34) versehen ist, die eine Verbindung von Kammern (C) in den Hohlkörpern (52) nach außen bilden, daß die Drehzapfen (32, 34) in Lagern (16, 18) gehalten sind, die abnehmbar an Stirnwänden (12,14) des Gehäuses (A) befestigt sind und die Wellendichtungen (22) zwischen den Drehzapfen (32,34) und weiteren an den Stirnwänden (12,14) des Gehäuses (A) befestigten hohlen Anschlußzapfen (24,26) tragen.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Ende der Anschlußzapfen (24, 26) mit an den Stirnwänden (12, 14) des Gehäuses (A) befestigten Dichtungs-Flanschen (28, 30), an denen auch die Lager (16, 18) abnehmbar befestigt sind, abschließt.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Drehzapfen (32, 34) der Rotor-Welle (36) mit axialen und radialen Löchern (51) versehen sind, wobei die radialen Löcher

(51) in den Innenraum jeweils einer eine Sammelkammer (C4) am jeweiligen Ende der Drehzapfen (32, 34) bildende Abdeckung (55) führen, deren Enden dicht und fest mit dem aufgebogenen Randbereich der jeweils letzten Hohlkörper (52) des Rotors (B) verbunden sind und eine hydraulische Verbindung von den Hohlkörpern (52) nach außen bilden.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein trogförmiger Teil (10) des Gehäuses (A) in seinem Bodenbereich mit mehreren, den Raum zwischen den Hohlkörpern

(52) des Rotors (B) unterteilenden Zwischenwänden (66) versehen ist, und daß mindestens eine Zwischenwand (66) an den Wänden des trogförmigen Teils (10) lösbar befestigt ist.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnwänden (12, 14) des Gehäuses (A) die Anschlußzapfen

(24,26) angebracht sind, die schwenkbar in auf einer Grundplatte (48) befestigte Klammern (42, 44) eingreifen, um ein Kippen des Gehäuses (A)zn ermöglichen.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußzapfen (24,26) in den Stirnwänden (12,14) des Gehäuses durch die Klammern (42, 44) klemmbar gehalten sind, um das Gehäuse (A) in einer vorbestimmten winkligen Lage zu halten und ein Abnehmen des Gehäuses (A) von der Grundplatte (48) zu ermöglichen.

8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen der an den Stirnwänden (12,14) des Gehäuses (A) befestigten Anschlußzapfen (24, 26) und die Dichtungs-Flansche der Rotor-Welle (36) koplanar mit den Enden der Rotorlager (16,18) und den ebenfalls an den Stirnwänden (12, 14) befestigten Flanschen (28,30) sind.