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Verfahren zum Säubern von Wärmetauscherelementen in
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Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Säubern von durch Abwässer beaufschlagten Wärmetauscherelementen
einer einen Wärmepumpenkreislauf aufweisenden Anlage zur Wärmerückgewinnung sowie
eine Anlage zur Durchführung dieses Säuberungsverfahrens.
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Bei einer Wärmerückgewinnung aus Abwässern, beispielsweise von in
einem Wohnhaus anfallenden Abwässern besteht ein Hauptproblem darin, daß die eingesetzten
Wärmetauscher durch das Abwasser zwangsläufig verschmutzen, wodurch ein effektiver
Wärmeaustausch behindert wird. Eine regelmäßige Betriebsunterbrechung der Wärmerückgewinnungsanlage
und eine in der Unterbrechungszeit vorzunehmende Reinigung der Wärmetauscher von
Hand macht den Einsatz solcher an sich wirtschaftlich arbeitender Wärmerückgewinnungsanlagen
unattraktiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selbsttätigen
Säuberung der durch Abwässer beaufschlagten Wärmetauscher und eine zur Durchführung
dieses Verfahrens geeignete Anlage zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das
durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: a) Absenken der Verdampfungstemperatur
in den Wärmetauscherelementen auf mehrere °C unter den Gefrierpunkt durch entsprechende
Einstellung des Wärmepumpenkreislaufes zur Schaffung einer Eisschicht auf der Außenseite
der Wärmetauscherelemente; b) anschließendes Beschicken der Wärmetauscherelemente
mit Heißgas bis zum Abspringen der äußeren Eisschicht von der Außenseite der Wärmetauscher;
c) Spülen der Wärmetauscherelemente und Abschwemmen des abgelösten Schmutzes.
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In die im Verfahrensschritt a) gebildete Eisschicht wird der an der
Außenseite der Wärmetauscherelemente haftende Schmutz zwangsläuflg eingebunden.
Durch die im nachfolgenden Verfahrensschritt b) erfolgende rasche Erwärmung der
Wärmetauscherelemente mit Heißgas erfahren die Wärmetauscherelemente eine Ausdehnung,
durch welche die vorher gebildete Eisschicht zusammen mit dem Schmutz von der Oberfläche
der Wärmetauscherelemente abgesprengt wird. Die Wärmetauscherelemente lassen sich
so ausbilden und anordnen, daß sie berwiegend vertikal ausgerichtete Oberflächen
aufweisen,
so daß die abgesprengten Eisschichten von den Wärmetauscherelementen
leicht abfallen können. Durch die als Verfahrensschritt c) nachfolgende Spülung
der Wärmetauscherelemente wird der abgesprengte Schmutz mit dem abgesprengten Eis
weggeschwemmt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in regelmäßigen Abständen automatisch
durch einen entsprechenden Betrieb des Wärmepumpenkreislaufes durchgeführt werden;
die Verfahrensschritte a) und b) vorteilhafterweise in den frühen Morgenstunden,
bevor der am Morgen nach dem Aufstehen der Bewohner eines Hauses einsetzende verstärkte
Abwasserabfluß aus dem Hause das Spülen der Wärmetauscherelemente und das Abschwemmen
des abgelösten Schmutzes bewirkt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich durch eine passende Ausbildung
der Wärmerückgewinnungsanlage begünstigen.
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Bei einer solchen begünstigenden Anlage können erfindungsgemäß die
Wärmetauscherelemente als vertikal ausgerichtete Verdampferplatten ausgebildet und
in einer vom Abwasser durchströmten Kammer eines Abwasserkanales angeordnet sein.
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Vorteilhafterweise können die Wärmetauscherelemente im für Jedes Bauwerk
vorgeschriebenen Kontrollschacht des Abwasserkanales angeordnet werden, wo sie auch
leicht einer Inspektion zugänglich sind. Der Kontrollschacht kann hierbei zweckmäßig
mit einem Sockelkörper versehen werden, der eine Abwasserzulauf- und eine Abwasserauslauföffnung
und eine muldenartige Vertiefung aufweist, in welcher die Wärmetauscherelemente
so angeordnet sind, daß sie unterhalb einer die Mitten der beiden Abwasseröffnungen
des Sockelkörpers verbindenden Linie liegen. Zur Begünstigung des Abflößens des
beim Säuberungsverfahren von den Wärmetauscherelementen abgesprengten Schmutzes
aus dem Sockelkörper und zur Verhinderung
eines Auffüllens der
Vertiefung des Sockelkörpers mit Schmutz kann der Boden der Vertiefung des Sockelkörpers
vorteilhafterweise in zu den beiden Abwasseröffnungen ansteigende Schrägwandungen
übergehen. Damit bei starkem Abwasseranfall, z.B bei starken Regenfällen, im Abwasserkanal
durch die Wärmetauscherelemente keine Behinderung des Abwasserabflusses auftritt,
kann der Sockelkörper durch zwischen seinen beiden Abwasseröffnungen und der zentral
angeordneten Vertiefung angeordnete Querstege in einen die Wärmetauscherelemente
erfassenden Durchflußweg und in einen über die Vertiefung und die Wärmetauscherelemente
hinweggehenden überlaufweg aufgeteilt sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer das Säuberungsverfahren
gemäß der Erfindung begünstigenden Anlage zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern anhand
der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anlage
zur Wärmerückgewinnung aus den Abwässern eines Wohnhauses; Fig. 2 einen zentralen
Längsschnitt durch den Sockelkörper eines Kontrollschachtes mit eingesetzten Wärmetauscherplatten;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Sockelkörper des Kontrolls chachtes.
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Wohnhaus 10 mit einem neben
dem Wohnhaus angeordneten Kontrollschacht 11 für eine Abwassersammelleitung 12.
Die schmutziges Abwasser führenden Leitungen sind in der schematischen Zeichnung
durch dicke durchgezogene Striche gekennzeichnet, eine ebenfalls in den Abwassersammelkanal
12 führende Regenwasserleitung 13 ist mit einer dicken unterbrochenen Linie gekennzeichnet.
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Mit dünneren Linien sind andere Rohrleitungen eingezeichnet.
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Im Erdgeschoß ist ein Küchenraum 14 angedeutet, mit einer von einem
Spülbecken 15 abgehenden Abwasserleitung 16, einer Warmwasserzufuhrleitung 17 und
einer durch eine strichpunktierte Linie angezeigten Kaltwasserzuleitung 18. Im Untergeschoß
befindet sich ein Heizraum 19 mit einem Heizkessel 20 für eine zentrale Warmwasser-Heizungsanlage
mit Umwälzpumpe 21. Diese Warmwasser-Heizungsanlage ist mit einer Anlage für warmes
Brauchwasser und einem Wärmepumpenkreislauf gekoppelt, zu denen ein Warmwasserspeicher
22, ein Kondensator 23 und ein Motorverdichter 24 gehören. Ein aus mehreren Verdampferplatten
25 zusammengesetzter Wärmetauscher 26 des Wärmepumpenkreislaufes ist in einem Sockelkörper
27 des Kontrollschachtes 11 angeordnet und über zwei Rohrleitungen 28, 29 und im
Kontrollschacht 11 zugängliche Ventile 30 mit der im Heizraum 19 installierten übrigen
Anlage verbunden.
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Der Einzelaufbau des Wärmepumpenkreislaufes und der Heizungsanlage
interessiert im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht. Deshalb wird auf eine Beschreibung
sämtlicher dargestellter Einrichtungsteile verzichtet.
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Der einzeln in den Fig. 2 und 3 dargestellte Sockelkörper 27 weist
eine besondere Ausgestaltung auf. Er ist ein kreiszylindrisches Betonfertigteil,
an das an zwei einander gegenüberliegenden Außenseiten radiale Vorsprünge 31 und
32 angeformt sind. Der Sockelkörper 27 weist eine konzentrisuche,
nach
oben offene Ausnehmung oder Vertiefung 33 auf, deren ebener Boden 34 im Bereich
der beiden Ansätze 31 und 32 in ansteigende Schrägwandungen 35 und 36 übergeht,
die bis zu der im Vorsprung 31 ausgebildeten Abwasserzulauföffnung 37 bzw. der im
Vorsprung 32 ausgebildeten Abwasserauslauföffnung 38 ansteigen. Durch eingeformte
und aus Fig. 2 im Schnitt ersichtliche Querstege 39 und 40 im Bereich der Vorsprünge
31 und 32 werden die Verbindungen von der Abwassereinlauföffnung 37 und der Abwasserauslauföffnung
38 zur zentralen Ausnehmung oder Vertiefung 33 des Sockelkörpers 27 in zwei Wege
unterteilt. Der erste Weg führt in Richtung des in Fig. 2 eingetragenen Pfeiles
41 von der Abwassereinlauföffnung 37 entlang der Schrägwandung 35 zum Boden 34 der
zentralen Vertiefung 33 des Sockelkörpers und als Durchflußweg weiter in Richtung
des Pfeiles 42 entlang der Schrägwandung 36 hoch zur Abwasserauslauföffnung 38.
Der zweite Weg führt als überströmweg von der Abwassereinlauföffnung 37 in Richtung
des Pfeiles 43 in den oberen Teil der Vertiefung 33 und von dort weiter in Richtung
des Pfeiles 44 zur Abwasserauslauföffnung 38. In der zentralen Vertiefung 33 sind
die Verdampferplatten 25 des Wärmetauschers 26 zu mehreren parallel zueinander und
in Durchströmrichtung ausgerichtet angeordnet und durch ersichtliche Querleitungen
45 miteinander verbunden. Gemäß Fig. 2 sind die Verdampferplatten 25 mit Abstand
zum Boden angeordnet und so bemessen, daß sie in beide vorstehend beschriebene Durchlaufwege
ragen. Über der oberen oeffnung der Vertiefung 33 ist am Sockel 27 ein Falzrand
46 ausgebildet, der als Anschlag für an sich bekannte, hier mit strichpunktierten
Linien eingezeichnete Betonringe 47 dient, aus denen in bekannter Weise der Kontrollschacht
11 aufgebaut ist.
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Die Abwässer strömen normalerweise über den unteren, durch die Pfeile
41 und 42 bezeichneten Weg durch den Sockelkörper 27 des Kontrollschachtes 11, wobei
sie die Vertiefung 33 bis zur Höhe einer Verbindungslinie zwischen den tiefsten
Punkten der beiden Abwasseröffnungen 37 und 38 anfüllen. Tritt bei Regenfällen ein
verstärkter Abwasserstrom auf, strömt der größere Teil davon über den oberen, durch
die beiden Pfeile 43 und 44 angedeuteten Weg, ungehindert durch die Verdampferplatten
25, durch den Kontrollschacht hindurch. In regelmäßigen Zeitabständen werden in
den frühen Morgenstunden im Wärmepumpenkreislauf durch eine Erhöhung des Widerstandes
in einem Expansionsventil die Verdampferplatten auf eine Verdampfungstemperatur
von beispielsweise -10 OC gebracht. Nach Erreichen einer Eisschichtdicke von ca.
2 - 3 mm auf der Außenseite der Verdampferplatten 25 wird im Wärmepumpenkreislauf
umgeschaltet und wird vom Motorverdichter Heißgas durch die Verdampferplatten hindurchgeleitet.
Durch die erfolgende Wärmeausdehnung der Verdampferplatten wird die gebildete und
den angesetzten Schmutz mitenthaltende Eis schicht von der Oberfläche der Verdampfere
platten gelöst und abgesprengt und wird mit dem am Morgen einsetzenden erhöhten
Abwasserstrom aus dem Sockelkörper 27 des Kontrollschachtes 11 ausgeschwemmt. Erforderlichenfalls
kann auch eine gesonderte Durchspülung der Abwassersammelleitung 12 und des Kontrollschachtsockels
27 mittels beispielsweise in einem Rückhaltebehälter gesammelten Regenwassers vorgenommen
werden.
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