EP0087645B1

EP0087645B1 - Vorrichtung zum Reinigen von Wärmetauscher-Röhren und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung

Info

Publication number: EP0087645B1
Application number: EP83101302A
Authority: EP
Inventors: Rolf Bochinski; Klaus Dipl.-Ing. Eimer; Harald Littek; Johannes Nasse
Original assignee: Taprogge GmbH
Current assignee: Taprogge GmbH
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1985-10-16
Also published as: EP0087645A3; US4566533A; DE3361006D1; ZA831372B; AU1184583A; JPS60111895U; JPS58165000A; DE3207466A1; EP0087645A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Wärmetauscher-Röhren mittels elastischer, kugelförmiger Körper, insbesondere Kugeln aus Zellgummi, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, in dem durch mehrere, um seine senkrechte Achse rotierende Trennwände Kammern gebildet sind, die durch eine horizontale Siebplatte in eine obere Kammergruppe zur Aufnahme der Kugeln und eine untere Kammergruppe unterteilt sind, sowie mit zwei, einander gegenüberliegenden Kühlwasserzu- und -ableitungsstutzen im Bereich der unteren Kammergruppe sowie zwei gleichartigen Kühlwasserstutzen im Bereich der oberen Kammergruppe, die mit den Wärmetauscher-Röhren in Verbindung stehen.
Es ist bekannt, bei grossen Wärmetauscheraniagen, wie beispielsweise Kondensatoren von Dampfkraftwerken, die Kühlwasserrohre kontinuierlich zu reinigen, indem im Kreislauf mit dem Kühlwasser Reinigungskörper in Form von Zellgummikugeln, deren Durchmesser etwas grösser als der der Kühlwasserrrohre ist, durch die Kühlwasserrohre gefördert werden. Damit werden Ablagerungen in den Rohren sicher verhindert.
Eine derartige Reinigung ist jedoch auch bei kleineren Wärmetauschern, beispielsweise für Klimaanlagen oder für das Heizwasser bei Wärmepumpen, bei denen relativ unsauberes Rohwasser in Form von Flusswasser, Salzwasser oder Grundwasser verwendet wird, sehr zweckmässig. Damit kann dann ein kontinuierlicher Betrieb sichergestellt werden, ohne dass von Zeit zu Zeit die Wärmetauscher abgestellt und - meist von Hand - gereinigt werden müssen. In ungünstigen Fällen ist dabei sogar ein Ausbau der Wärmetauscher erforderlich.
Für Meerwasserentsalzungsanlagen ist dabei aus der jap. Patentschrift Nr. 1049909 eine Vorrichtung bekannt, wie sie eingangs beschrieben ist. Dabei sind innerhalb des Gehäuses durch sechs Trennwände sechs gleichgrosse Kammer gebildet. Die durch die Siebplatte abgeteilte untere Kammergruppe dient zur Zu- und Ableitung des Kühlwassess zum und vom Reinigungssystem sowie zur Abscheidung und Wiederabführung von Verunreinigungen aus dem Kühlwasser, während vom oberen Kammersystem aus die Reinigungskugeln mit dem Kühlwasser den Wärmetauscher-Röhren zugeführt und aus diesen wieder aufgefangen werden.
Mit dieser Vorrichtung ist jedoch nur ein ständiger Umlauf der Kugeln möglich. Soll eine Reinigung jedoch nur diskontinuierlich in bestimmten Zeitabständen erfolgen, so würden bei der bekannten. Vorrichtung bei einem Anhalten der Trennwände zumindest ein erheblicher Teil der Kugeln stets in der Wasserströmung liegen und dabei mitderZeit bleibend verformt oder zerrieben. Es ist nicht möglich, alle Kugeln gleichzeitig in einer oder mehreren Kammern zu sammeln, die aus der Wasserströmung in eine abgeschlossene, von strömenden Wasser nicht beaufschlagte Stellung gedreht werden kann. Dies ist aber dann unbedingt erforderlich, wenn man die Kugeln aus dem Gerät entnehmen und gegen neue austauschen will, ohne dass die gesamte Wasserströmung abgesperrt werden muss. Ausserdem besteht bei der bekannten Vorrichtung die Gefahr, dass bei Betrieb mit vermindertem Durchsatz wegen der starken Absenkurig der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses die Kugeln nur unzureichend oder gar nicht mit dem Kühlwasserstrom ausgetragen werden. Schliesslich ist zur Abdichtung der einzelnen Kammern gegeneinander ein sehr aufwendiges Dichtungssystem mit Sperrwasser unter erhöhtem Druck vorgesehen. Einmal wird auch bei sehr engen Dichtspalten eine sehr grosse Sperrwassermenge benötigt, die einen erheblichen Teil des eigentlichen Kühlwassers ausmachen kann, und ausserdem steht von Verschmutzungen freies Sperrwasser in diesen Mengen nur selten zur Verfügung.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch ein diskontinuierficher Betrieb unter Stillsetzung der Kugeln in einer von der Strömung nicht beaufschlagten Kammer und damit auch ein Auswechseln der Kugeln ohne Abschalten der Kühiwasserströmung möglich ist. Ferner soll auch bei vermindertem oder stark schwankenden Durchsatz ein sicherer Kugeltransport gewährleistet sein sowie auch eine vom Kugelumlauf getrennte Reinigung des zugeführten Kühlwassers und Austrag der Verunreinigungen. Darüberhinaus soll ein einfaches und betriebssicheres Dichtungssystem ohne Sperrwasser geschaffen werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Gehäuseinnenraum durch drei, jeweils um 120° versetzte Trennwände in drei gleich grosse Kammern unterteilt ist, deren jede Querschnittsfläche angenähert die gleiche Grösse wie die Querschnittsfläche eines Kühlwasserstutzens aufweist.
Dabei ist eszweckmässig, wenn der Durchmesser eines Kühlwasserstutzens maximal der Länge einer Sehne am Gehäuseumfang mit einem Zentriwinkel von 60° entspricht.
Mit einer derartigen Ausbildung und Anordnung ist sichergestellt, dass Kühlwasserzu- und -abfluss bei jeder Stellung der Trennwände sicher voneinander abgetrennt sind, dass die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses nicht wesentlich gegenüber der in den Zu- und Ableitungen absinkt und dass stets eine Kammer vorhanden ist, die keine Verbindung zu der Zuleitung und derAbleitung aufweist, so dass in ihr in Ruhephasen die Kugeln gesammelt werden können.
In Weiterbildung der Erfindung ist zur zusätzlicher Abdichtung der Kammern gegeneinander vorgesehen, dass die Trennwände im Bereich der Gehäusewandung und im Bereich des Gehäusedeckels und -bodens mit einer umlaufenden, mechanischen Dichtung versehen sind. Diese Dichtung kann dabei aus einem elastischem Band bestehen, das in Drehrichtung gesehen auf der jeweiligen Rückseite der Trennwände befestigt ist und dessen freies Ende gegen die Drehrichtung abgebogen an der Gehäusewandung anliegt. Diese Dichtung kann jedoch auch auf.der jeweiligen Vorderseite der Trennwände befestigt sein und mit ihrem freien Ende gegen die Drehrichtung abgebogen in den Spalt zwischen Trennwandkante und Gehäuseinnenwandung ragen und an der Gehäusewandung anliegen.
Die Dichtung selbst kann aus einem elastischen Kunststoff oder Elastomer oder aber aus einem elastischen Stahlband mit einer Gleitschicht an der Dichtkante bestehen.
Um zu verhindern, dass Kugeln, die sich im Wandbereich des Gehäuses befinden, in den Dichtspalt hineingezogen und wegen ihrer Elastizität zusammengedrückt und in die nachfolgende Kammer befördert werden, ist es ferner zweckmässig, wenn in Drehrichtung gesehen auf der jeweiligen Vorderseite der Trennwände ein den Dichtungsspalt weitgehend überdeckender, in Drehrichtung geneigter Abweiser aus starrem Material angeordnet ist. Dabei sollte der Abstand der Abweiser-Aussenkante von der Gehäuseinnenwandung maximal ein Drittel des jeweiligen Halbmessers der Kugeln betragen.
Zur zusätzlichen Abschirmung der Dichtungsbereiche, in denen sich die meisten Kugeln befinden, und auch zur Abschirmung der Aussenkante der Siebplatte ist es ferner zweckmässig, wenn in Höhe dieser im wesentlichen quer zu den Trennwänden verlaufenden Siebplatte ein umlaufender Ring mit geringem Abstand zur Gehäuseinnenwandung angeordnet ist. Der Ring sollte maximal die Höhe der Gehäusewandung zwischen den oberen und den unteren Kühlwasserstutzen aufweisen, um nicht den Strömungsquerschnitt zu vermindern.
Neben der bekannten, ebenen Ausbildung der Siebplatte ist es besonders vorteilhaft, die Siebplatte angenähert kegelförmig auszubilden und mit der Spitze nach oben anzuordnen. Dadurch werden Verunreinigungen im Kühlwasser leichter von der Gehäusewandung ferngehalten. Es ist aber auch möglich, dass die Siebplatte aus drei einzelnen, ebenen Teilsieben besteht, die in den einzelnen Kammern schräg nach oben verlaufend pyramidenförmig angeordnet sind.
Bei allen Ausbildungsformen der Siebplatte sollte der umlaufende Ring auf die Aussenkante der Siebplatte aufgesetzt sein.
Um zu erreichen, dass alle Kugeln in einer Kammer ausserhalb der Strömung gesammelt werden und um dazu die Stellung der Trennwände zu erfassen, ist zweckmässigerweise ein Näherungsschaltervorgesehen, der in Wirkverbindung mit einer Trennwand in einer derartigen Stellung derselben steht, bei der eine der Kammern sowohl vom zuströmenden als auch vom abströmenden Kühlwasser abgeschlossen ist.
Für eine weitere Steuerung der Trennwandstellungen kann um 60° versetzt zum ersten Näherungsschalter ein zweiter Näherungsschalter angeordnet sein.
Mit einer derartigen Anordnung ist erfindungsgemäss ein Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb der Vorrichtung möglich, bei dem durch Drehen der Trennwände in Schritten von jeweils 120° jeweils eine Ruhe- auf eine Betriebsstellung aufeinanderfolgt derart, dass die Kugeln aus der mit dem oberen Kühlwasseraustrittsstutzen in Verbindung stehenden Kammer ausgetragen und nach Durchlauf durch die Wärmetauscher-Röhren in die gegenüberliegende, mit dem oberen Kühlwassereintrittsstutzen in Verbindung stehende Kammer aufgefangen und nach Drehen um weitere 120° in eine mit keiner der Kühlwasserstutzen in Verbindung stehende Kammer in Ruhelage gehalten werden.
Für das Auswechseln der Kugeln ist es zweckmässig, wenn der oberen Kühlwasseraustrittsstutzen und die Ruhekammer über eine absperrbare Bypassleitung sowie die Ruhekammer und der oberen Kühlwassereintrittsstutzen über eine weitere, eine beiderseits absperrbare Kugelschleuse für die Kugeln enthaltende Abführungsleitung miteinander in Verbindung stehen. Dabei sollte die Bypassleitung an der der tiefsten Stelle der Ruhekammer einmünden, während die Abführungsleitung an einer oberen Stelle der Ruhekammer ausmünden sollte.
Die Kugelschleuse kann zweckmässigerweise eine Auffangkammer für zu entnehmende Kugeln und eine Aufgabekammer für einzusetzende Kugeln aufweisen, wobei beide Kammern durch eine siebartige Trennung strömungsmässig miteinander verbunden sind.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtschaltung der Reinigungsanlage mit einem Längsschnitt durch die Vorrichtung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Schnittlinie 11-11 nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Trennwand mit Dichtung und Abstreifer entsprechend der Schnittlinie 111-111 nach Fig. 1;
Fig. 4 eine andere Ausführungsform von Dichtung und Abstreifer im Querschnitt;
Fig. 5 eine weitere Gestaltung von Dichtung und Abstreifer;
Fig. 6 eine vergrösserte Ansicht einer Trennwandecke;
Fig. 7A bis 7C die Betriebsweise der Vorrichtung mit nur einem Annäherungsschalter;
Fig. 8A bis 8D die diskontinuierliche Betriebsweise der Vorrichtung mit zwei Annäherungsschaltern;
Fig. 9A bis 9D die kontinuierliche Betriebsweise;
Fig. 10A und 10B eine Anordnung zum Austausch der Kugeln in Seitenansicht und in Aufsicht, und
Fig.11 eineTrennwandstellungzumKugelaustrag.

Wie aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist, weist die Reinigungsvorrichtung 1 ein zylindrisches Gehäuse 2 auf, in dessen Innern um eine Längsachse 3 rotierend drei radiale Trennwände 4, 5 und 6 jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch werden drei voneinander getrennte Kammern 7, 8 und 9 gebildet. Etwa im Bereich der mittleren Höhe des Gehäuses 2 ist quer zu den Trennwänden 4, 5 und 6 eine in etwa jegelförmige Siebplatte 10 mit ihrer Spitze nach oben angeordnet, die die durch die Trennwände gebildeten Kammern in eine obere Kammergruppe 7a, 8a und 9a und in eine untere Kammergruppe 7b, 8b und 9b unterteilt.
In Höhe der unteren Kammergruppe 7b, 8b und 9b weist das Gehäuse 2 einander gegenüberliegend einen Kühlwasserzuführungsstutzen 11 und einen Kühlwasserabführungsstutzen 12 auf, während im Bereich der oberen Kammergruppe 7a, 8a und 9a ebenfalls einander gegenüberliegend ein Kühlwasserableitungsstutzen 13 und ein Kühlwasserrückleitu ngsstutzen 14 vorgesehen sind.
Das Kühlwasser für den schematisch angedeuteten Wärmetauscher 15 strömt nun von einer nicht näher dargestellten Kühlwasserquelle in die untere Kammer 7b und von hier über die Siebplatte 10 in die obere Kammer 7a, wobei Verunreinigungen 19 auf der Unterseite der Siebplatte 10 zurückgehalten werden. In der oberen Kammer 7a nimmt das Kühlwasser die Reinigungskugeln 20 mit und strömt von hier über den Kühlwasserableitungsstutzen 13 in die Eintrittskammer 17 des Wärmetauschers 15. Beim Durchströmen durch die Röhren 16 werden durch die elastischen Kugeln 20 etwa vorhandene Ablagerungen mitgenommen bzw. eine Ablagerung an den Innenwandungen der Röhren überhauptvermieden. Danach verlässt das Kühlwasser den Wärmetauscher 15 über die Austrittskammer 18 und strömt über den Kühlwasserrückleitungsstutzen 14 in die obere Kammer 9a. Hier werden beim Abwärtsströmen des Kühlwassers in die untere Kammer 9b die Kugeln 20 durch dir Siebplatte 10 zurückgehalten. Durch Drehen der Trennwände 5, 6 und 7 zusammen mit der Siebplatte 10 beispielsweise im Uhrzeigersinn gelangen die Kugeln 20 dann wieder in die kalte Kühlwasserströmung 21 und von dort erneut in den Wärmetauscher 15, während Kühlwasserverunreinigungen 19 unterhalb des Siebes 10 in die Kammer 9b gedreht und von hier mit dem aufgewärmten, über den Kühlwasserabführungsstutzen 12 ablaufenden Kühlwasser ausgetragen werden.
Wie auch aus. den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, weisen die Kühlwasserstutzen 11 bis 14 sowie die Kammern 7, 8 und 9 jeweils ungefähr gleichen freien Querschnitt für das durchströmende Kühlwasser auf. Damit wird sichergestellt, dass die Strömungsgeschwindigkeit in den Zu- und Ableitungen und in den Kammern selbst nicht weserrtlich unterschiedlich, sondern annähernd konstant ist. Damit wird gewährleistet, dass auch bei schwachen Belastungen des Wärmetauschers und dadurch bedingtem geringerem Kühlwasserdurchsatz und damit auch geringerer Strömungsgeschwindigkeit die Reinigungskugeln stets sicher vom Kühlwasser mitgenommen und nicht wegen zu geringer Strömung in der oberen Kammer 7a liegengelassen werden.
Dies kann in etwa auch dadurch erreicht werden, dass der Durchmesser eines Kühlwasserzuführungsstutzen-z. B. 11 - maximal einem Zentriwinkel von 60° am Gehäuseumfang bzw. einer entsprechenden Sehne entspricht. Somit ist gewährleistet, dass bei entsprechender Stellung der Trennwände, wie das z. B. aus Fig. 2 zu ersehen ist, stets eine Kammer ohne Kühlwasserdurchfluss vorhanden ist, die auch weder mit der Kühlwasserabführung noch mit der Kühlwasserzuführung in Verbindung steht.
Zur Abdichtung der einzelnen Kammern gegeneinander und um eine sichere Abdichtung des zufliessenden Kühlwassers gegen das abfliessende sicherzustellen, weisen die Trennwände zusätzliche Dichtungen 25 gegenüber der Gehäuseinnenwandung sowie gegen den Gehäusedeckel 26 und den Gehäuseboden 27 auf. Verschiedene Ausführungsformen der Dichtungen sind in den Fig. 3 bis 6 gezeigt.
Nach Fig. 3 ist auf der Rückseite der Trennwand 4 ein elastisches Dichtungsband 28 - beispielsweise aus einem flexiblen Kunststoff oder Gummi oder einem anderen Elastomer - mittels eines Haltebleches 29 durch Verschraubung oder eine ähnliche Halterung befestigt. Das freie Ende 30 dieser Dichtung 28 ist gegen die Drehrichtung der Trennwand abgebogen und liegt schleifend an der Gehäuseinnenwandung 2 an. Diese Dichtung kann dabei in nicht dargestellter Weise auch aus einem flexiblen Stahlblech bestehen, dessen Dichtkante eine Gleitschicht, beispielsweise in Form von PTFE, aufweist.
Wie aus der Figur ersichtlich, muss die Trennwand aus Fertigungsgründen in einem gewissen Abstand vor der Gehäuseinnenwandung enden. Dadurch besteht die Gefahr, dass die relativ weichen Reinigungskugeln aus Zellgummi in den Spalt 31 gezogen werden und in die nächste Kammer gelangen. Um dies zu verhindern, ist au.f der Vorderseite der Trennwand - in Drehrichtung gesehen - ein den Dichtungsspalt 31 weitgehend überdeckender Abweiser 32 aus starrem Material angeordnet, dessen aussenliegendes Ende 33 im Bereich des Dichtungsspaltes 31 in Drehrichtung geneigt ist. Damit wird - wie in der Figur dargestellt - sicher verhindert, dass Kugeln 20 in den Spalt 31 hineingezogen werden. Zweckmässigerweise beträgt der verbleibende Aussenabstand a des Abweisers 32 maximal ein Drittel des jeweiligen Halbmessers r der Kugel 20.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Überbrükkung der Spalte ist in der Fig. 4 dargestellt. Dabei ist die Dichtung 35 länger und dünner, wobei auch die Halterung 36 bis fast zum Ende des Dichtungsstreifens 35 geführt ist, um die notwendige Stabilität sicherzustellen. Der gegenüberliegende Abweiser 37 ist an seinem vorderen Ende kontinuierlich gebogen, um ein sanftes Fangen.und Ableiten der Kugeln zu ermöglichen.
Nach dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Dichtungsband 38 und Abweiser 39 auf derselben Seite der Trennwand - und zwar in Drehrichtung gesehen auf der Vorderseite-angeordnet, wobei der Abweiser 39 gleichzeitig als Halterung für das Dichtungsband 38 dient. Das freie Ende 40 des Dichtungsbandes 38 ist dabei ebenfalls entgegen der Drehrichtung abgebogen und ragt in den Spalt zwischen Trennwandkante und Gehäuseinnenwandung.
Aus Fig. 6 ist schliesslich zu ersehen, dass an den Trennwandecken 4 Abweiser 33 und Dichtungskante 30 scharfkantig im rechten Winkel um - diese Ecken berumgeführtsind, um auch in diesem Bereich eine sichere Abdichtung zu gewährleisten.
Um jedoch in dem Bereich, in dem sich der grösste Teil der Kugeln befindet, nämlich unmittelbar oberhalb des Siebkörpers 10, ganz sicher ein Einklemmen der Kugeln 20 zu verhindern, ist als zusätzliche Sicherheit in Höhe dieser Siebplatte 10 ein umlaufender Ring 41 angeordnet, wie das aus Fig. 1 und 2 zu ersehen ist. Dieser Ring 41 ist zweckmässigerweise auf die Aussenkante der Siebplatte 10 mit geringem Abstand zur Gehäuseinnenwandung aufgesetzt und weist maximal die Höhe der Gehäusewandung zwischen den untern und den oberen Kühlwasserstutzen 11 bzw. 12 und 13 bzw. 14 auf, um zu vermeiden, dass der freie Strömungsquerschnitt im Bereich der Stutzen eingeschränkt wird. Die Reinigungskugeln 20 werden somit weitgehend innerhalb des Bereiches dieses Ringes 41 gehalten und kommen somit praktisch kaum mit der Gehäusewandung in Berührung, sondern werden im allgemeinen direkt oberhalb des Ringes 41 über den Stutzen 13 ausgetragen.
Im folgenden seien anhand der Fig. 7 bis 9 verschiedene erfindungsgemässe Betriebsweisen und Schaltungsarten der Reinigungsvorrichtung erläutert. Wesentlich ist dabei, dass jeweils nach einer Reinigungsphase, die entsprechend den Anforderungen unterschiedlich lange dauern kann, die Reinigungskugeln innerhalb der Vorrichtung in eine Ruhelage gebracht werden können, ohne dass dabei der Kreislauf und die Wirkung des Kühlwassers unterbrochen oder behindert wird. Auch soll es - wie noch später erläutert werden wird - möglich sein, die Kugeln in dieser Ruhephase ohne Störung des Gesamtbetriebes auszuwechseln.
In den Fig. 7A bis 7C ist ein Schnitt durch die obere Kammergruppe etwa entsprechend der Schnittlinie 11-11 nach Fig. 1 gezeigt. Die Trennwände 4, 5 und 6 haben eine solche Stellung eingenommen, dass eine sichere Trennung des abströmenden Kühlwassers über den Stutzen 13 vom zuströmenden Kühlwasser über den Stutzen 14 sichergestellt ist. Ausserdem ist eine Kammer-jetzt 8a -ganz vom Kühlwasserstrom abgeschlossen. Um dabei die Stellung der Trennwände anzeigen und diese auch in dieser oder einer äquivalenten Stellung anhalten zu können, ist an einer Stelle, den die Trennwände hierbei gerade einnehmen - nach der Figur um 90° versetzt zur Achse des Stutzens 13 - ein Näherungsschalter 45 angeordnet, der ein Signal beispielsweise an ein Zählwerk abgibt, durch das dann auch die Drehung in der gewünschten Position gestoppt werden kann. Nach Fig. 7A seien die Kugeln zunächst mit dem
Kühlwasser aus der Kammer 9a ausgespült worden und werden gerade mit dem zurückkommenden Kühlwasser hinter dem Stutzen 14 in der Kammer 7a aufgefangen und gesammelt. Nach einer vorgegebenen Zeit werden die Trennwände in Drehung versetzt, bis die nächste Trennwand 6 den Näherungsschalter 45 erreicht und dort gestoppt wird. Nach diesem 120°-Schritt hat die Kammer 7a mit den Kugeln 20 die Position entsprechend Fig. 7B erreicht, womit die Kugeln 20 aus dem strömenden Kühlwasser heraus in die Ruhestellung gefahren sind, während die eigentliche Kühlung des Wärmetauschers ungehindert weiterlaufen kann.
Wenn nun wieder ein Reinigungszyklus erforderlich ist, erfolgt ein weiterer 120°-Schritt der Trennwände, wodurch eine Position entsprechend Fig. 7C erreicht wird. Die Kammer 7a steht jetzt in Verbindung mit dem Kühlwasseraustrittsstutzen 13, so dass die Kugeln 20 durch das von unten zuströmenden Kühlwasser erfasst und in den zu reinigenden Wärmetauscher ausgetragen werden. Anschliessend werden sie über den Stutzen 14 in der jetzt gegenüberliegenden Kammer 8a wieder gefangen und können dann von hier wieder der Ruhestellung zugeführt werden.
Da bei dieser Schaltung jeweils Ruhe- und Betriebsstellung aufeinanderfolgen, kann nur mit einem Schrittzähler festgestellt werden, in welcher Kammer bzw. in welcher Stellung sich die Kugeln gerade befinden, also z. B.

Zähler 1,2,1,2,1,2,1,2,1 (mit 1" als Ruhestellung)
oder: 1,2,3,4,5,6,7 (Ruhestellung: ungerade Ziffern)

Wenn jedoch eine Störung auftritt, wie z. B. ein Netzausfall, kann der Zählerinhalt verloren gehen, so dass nicht mehr bekannt ist, in welcher Position sich die Kugeln gerade befinden.
Dieser Nachteil kann durch Anordnung eines weiteren, um 60° zum ersten versetzt angeordneten Näherungsschalters behoben werden. Dazu sind nach Fig. 8A bis 8D beispielsweise ein Schalter 46 im Winkel von 270° zur Achse des Austrittsstutzens 13 und ein weiterer Näherungsschalter 47 im Winkel-von 330° angeordnet. Ausgehend von der Ruheposition entsprechend Fig. 8A, in der die Kugeln 20 in der Kammer 7a unter Ansteuerung des Näherungsschalters 47 gehalten sind, werden die Kugeln nach Drehen der Trennwände in eine Position entsprechend Fig. 8B in den Kreislauf abgegeben. Danach können mehrere 120°-Schritte für eine längere Reinigungsphase gefahren werden. Zur Vorbereitung der Ruheposition werden die Trennwände in einer Stellung entsprechend Fig. 8C angehalten, bis alle Kugeln wieder gefangen sind. Anschliessend fährt die untere Trennwand 5 den Näherungsschalter 47 an, so dass damit wieder die Ruheposition entsprechend Fig. 8A erreicht ist.
Eine ähnliche Schaltung ist in den Fig. 9A bis 9D gezeigt, wobei hier jedoch eine kontinuierliche Reinigung über einen längeren Zeitraum möglich ist. Ausgehend von der Ruheposition nach Fig. 9A werden entsprechend Fig. 9B die Trennwände kontinuierlich gedreht, so dass die Kugeln laufend von der rechten Auffangkammer in die linke Abströmkammer befördert werden. Zum Fangen der Kugeln werden die Trennwände dann wieder in einer Position entsprechend Fig. 9C angehalten und anschliessend in die Ruheposition entsprechend Fig. 9D gefahren.
Der Vorteil der Schaltung nach den Fig. 8A bis 8D und 9A bis 9D besteht darin, dass unabhängig von einer vorhergehenden Stellung oder Betriebsweise die Kugeln bei Anfahren des Näherungsschalters 46 durch eine beliebige Trennwand stets gefangen und bei anschliessendem Anfahren des Näherungsschalters 47 diese Kugeln in die Ruheposition gefahren werden.
Nach längerem Betrieb der Reinigungsvorrichtung und Einsatz der Kugeln ist es erforderlich, die Kugeln herauszunehmen und durch neue zu ersetzen. Dabei soll der Austausch der Kugeln erfolgen, ohne dass der Kühlwasserstrom unterbrochen wird. Prinzipiell wäre es dazu möglich, im Bereich der vorderen Ruhnekammer in der Gehäusewandung eine Klappe anzubringen, wozu jedoch die Trennwände 4, 5 und 6 vollständig abdichten müssten, da sonst beim Auswechseln der Kugeln Wasser aus dieser Kammer austreten würde.
Zweckmässiger ist daher in Weiterbildung der Erfindung eine Anordnung, wie sie anhand der Fig. 10A und 10B beschrieben wird. Danach wird grundsätzlich an die Ruhekammer die erhöhte Druckdifferenz zwischen dem austretenden und dem rückfliessenden Kühlwasser angelegt, wodurch die Kugeln in eine Kugelschleuse ausgeschwemmt werden.
Im Einzelnen ist dazu vom Kühlwasseraustrittsstutzen 13 eine mit einem Absperrschieber 51 versehene Bypassleitung 50 in die Ruhekammer 7a geführt, wo sie an einem möglichst tiefen Punkt im Bereich des Siebfusses oder darunter einmündet. Von einer höheren Stelle der Ruhekammer 7a geht dann eine Abführungsleitung 52 aus, die an einer Stelle niederen Druckes - beispielsweise in den Kühlwasserrückführungsstuttzen 14 - in das System zurückmündet. In dieser Abführungsleitung 52 ist die eigentliche Kugelschleuse 53 angeordnet, die beiderseits durch Absperrschieber 54 und 55 abgetrennt werden, kann. Diese Kugelschleuse 53 selbst ist durch eine siebartige Trennwand 56 in eine Auffangkammer 57 und eine Aufgabekammer 58 unterteilt.
Bei einer erforderlichen Entnahme der Kugeln werden zunächst die Absperrschieber 51, 54 und 55 geöffnet. Dadurch strömt Wasser höheren Druckes aus dem Austrittsstutzen 13 in die Ruhekammer 7a und schwemmt die Kugeln 20 über die Abführungsleitung 52 in die Auffangkammer 57 der Kugelschl'euse 53. Nach Absperren der Schieber 51,54und 55 können dann die Kugeln aus der Auffangkammer 57 entnommen und neue Kugeln in die Aufgabekammer 58 eingesetzt werden. Nach Öffnen aller Schieber werden die Kugeln in den Rückführungsstutzen 14 ausgeschwemmt und gelangen so zurück in den Kreislauf.
Anstelle einer gesonderten Bypassleitung 50 mit einem Absperrschieber 51 ist es aber auch möglich, einen entsprechenden Bypass direkt in der Gehäusewandung 2 vorzusehen, wie das in Fig. 10A und 10B gestrichelt durch den Kanal 60 angedeutet ist. Dazu kann das Gehäuse einen rinnenförmige Ausbuchtung aufweisen, die allein einen Strömungsbypass um die Trennwand 5 herstellt und ermöglicht, dass Hochdruckwasser aus dem Stutzen 13 in die Ruhekammer 7a gelangt.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer Druckdifferenz in der Ruhekammer 7a ist in Fig. 11 erläutert. Danach werden die Trennwände um einen geringen Betrag - maximal etwa 10° - in Drehrichtung aus ihrer Ruheposition gedreht, so dass sich an der Trennwand 5 ein schmaler Spalt 61 zum Kühlwasseraustrittsstutzen 13 ergibt. Damit kann entlang des Pfeiles 62 Wasser höheren Druckes in die Ruhekammer 7a einströmen und somit ein Austragen der Kugeln 20 in die Abführungsleitung 52 bewirken. Dieses Weiterdrehen derTrennwände kann dabei von Hand oder auch automatisch mittels eines weiteren Näherungsschalters erfolgen.
Mit der beschriebenen Vorrichtung und den angegebenen Betriebsweisen ist als eine Reinigungsanlage geschaffen, mit der in Wärmetauscherkreisläufen nicht nur das Kühlmedium - was nicht nur Wasser sein kann - sondern auch der Wärmetauscher gereinigt und vorhandene Verunreinigungen auch aus dem Kühlmedium unabhängig von der Wärmetauscherreinigung abgeführt werden können.
Mit dem erfindungsgemässen 3-Kammer-Prinzip ergibt sich die niedrigst mögliche Kammerzahl, die eine dauernde Abdichtung des zufliessenden gegen das abfliessende Medium gewährleistet; die Vorrichtung hat dadurch die kleinstmögliche Abmessung, da stets 2 x ¹/3 der gesamten Querschnittsfläche vom Medium durchströmt wird, so dass auch stets eine ausreichende Geschwindigkeit in den Kammern vorhanden ist, um die Kugeln sicher auszutragen und durch den Wärmetauscher zu transportieren. Gleichzeitig ergibt sich eine Trennwandstellung mit einer Ruhekammer, die nicht vom Medium durchflossen wird und in der alle Kugeln in der Ruhephase gesammelt und gefangen werden können, ohne dass dabei die Küh-I'ung des Wärmetauschers unterbrochen würde. Damit werden die Kugeln nicht ständig dem Kühlwasserstrom ausgesetzt, wodurch ihre Lebensdauer und ihre volle Einsatzfähigkeit verlängert werden. Aus dieser Ruhekammer können die Kugeln dann auch ohne Unterbrechung des Kühlwasserkreislaufes herausgespült, entnommen und gegen neue Kugeln ausgetauscht werden.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen nur einige Ausgestaltungsmöglichkeiten des erfinderischen Grundprinzips; so ist es beispielsweise auch möglich, dass die Vorrichtung in horizontaler Anordnung betrieben wird, ohne dass sich an der Wirkungsweise etwas ändert.

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen von Wärmetauscher-Röhren mittels elastischer, kugelförmiger Körper (20), insbesondere Kugeln aus Zellgummi, bestehend aus einem zylindrischen. Gehäuse (2), in dem durch mehrere, um eine senkrechte Achse rotierende Trennwände (4, 5, 6) mehrere Kammern (7, 8, 9) gebildet sind, die durch eine horizontale Siebplatte (10) in eine obere Kammergruppe (7a, 8a, 9a) zur Aufnahme der Kugeln und eine untere Kammergruppe (7b, 8b, 9b) unterteilt sind, sowie mit zwei einander gegenüberliegenden Kühlwasserzu- und -ableitungsstutzen (11, 12) im Bereich der unteren Kammergruppe und zwei gleichartigen Kühlwasserstutzen (13,14) im Bereich der oberen Kammergruppe, die mit den Wärmetauscher-Röhren (16) in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseinnenraum durch drei, jeweils um 120° versetzte Trennwände (4, 5, 6) in drei gleich grosse Kammern (7, 8, 9) unterteilt ist, deren jede Querschnittsfläche angenähert die gleiche Grösse wie die Querschnittsfläche eines der Kühlwasserstutzen (11 ... 14) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Kühlwasserstutzens (11 ... 14) maximal der Länge einer Sehne am Gehäuseumfang mit einem Zentriwinkel von 60° entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (4, 5, 6) im Bereich der Gehäusewandung (2) und im Bereich des Gehäusedeckels (26) und Gehäusebodens (27) mit einer umlaufenden, mechanischen Dichtung (28; 35; 38) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem elastischen Band (28; 35) besteht, das in Drehrichtung gesehen auf der jeweiligen Rückseite der Trennwände (4, 5, 6) befestigt ist und dessen freies Ende (30) gegen die Drehrichtung abgebogen an der Gehäusewandung (2) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass. die Dichtung aus einem elastischen Band (38) besteht, das in Drehrichtung auf der jeweiligen Vorderseite der Trennwände (4, 5, 6) befestigt ist und dessen freies Ende (40) gegen die Drehrichtung abgebogen in den Spalt (31) zwischen Trennwandkante (4) ragt und an der Gehäusewandung (2) anliegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (28; 35; 38) aus einem elastischen Kunststoff oder Elastomer besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus einem elastischen Stahlblech mit einer Gleitschicht an der Dichtkante besteht.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung gesehen auf der jeweiligen Vorderseite der Trennwände (4, 5, 6) ein den Dichtungsspalt (31) weitgehend überdeckender, in Drehrichtung geneigter Abweiser (32; 37; 39) aus einem starren Material für die Kugeln (20) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) der Abweiser-Aussenkante (33) von der Gehäuseinnenwandung (2) maximal ein Drittel des jeweiligen halbmessers (r) der Kugeln (20) beträgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtung (30) und Abweiser (33) scharfkantig um die aussenliegenden Ecken der Trennwände (4,5,6) herumgeführt sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Höhe der quer zu den Trennwänden (4, 5, 6) verlaufenden Siebplatte (10) ein umlaufender Ring (41) mit geringem Abstand zur Gehäuseinnenwandung angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (41) maximal die Höhe der Gehäusewandung zwischen den unteren und den oberen Kühlwasserstutzen (11, 12; 13, 14) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebplatte (10) angenähert kegelförmig ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die kegelförmige Siebplatte (10) mit der Spitze nach oben angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebplatte aus drei einzelnen, ebenen Teilsieben besteht, die in den einzelnen Kammern schräg nach oben pyramidenförmig angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Ring (41) auf die Aussenkante der Siebplatte (120) aufgesetzt ist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Näherungsschalter (45; 47) vorgesehen ist, der in Wirkverbindung mit einer Trennwand in einer derartigen Stellung derselben steht, bei der eine der Kammern (7a; 8a; 9a) sowohl vom zuströmenden als auch vom abströmenden Kühlwasser abgeschlossen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass um 60° versetzt zum ersten Näherungsschalter (47) ein zweiter Näherungsschalter (46) zur Erfassung einerTrennwandannäherung angeordnet ist.

19. Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 und Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Drehen der Trennwände in Schritten um jeweils 120° jeweils eine Ruhe- auf eine Betriebsstellung aufeinanderfolgt derart, dass die Kugeln aus der mit dem oberen Kühlwasseraustrittsstutzen in Verbindung stehenden Kammer ausgetragen und nach Durchlauf durch die Wärmetauscher-Röhren in der gegenüberliegenden, mit dem oberen Kühlwassereintrittsstutzen in Verbindung stehenden Kammer aufgefangen und nach Drehen um 120° in eine mit keiner der Kühlwasserstutzen in Verbindung stehenden Kammer in Ruhelage gehalten werden.

20. Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16 und Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch Drehen der Trennwände in jweils 120°-Schritten, bezogen auf den zweiten Näherungsschalter (46), die Kugeln aus der mit dem oberen Kühlwasseraustrittsstutzen in Verbindung stehenden Kammer ausgetragen und nach Durchlauf durch die Wärmetauscher-Röhren in der gegenüberliegenden, mit dem oberen Kühlwassereintrittsstutzen in Verbindung stehenden Kammer aufgefangen und nach Drehen um 60° und Anfahren des ersten Näherungsschalters in einer mit keinem der Kühlwasserstutzen in Verbindung stehenden Kammer in Ruhelage gehalten werden.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswechseln der Kugel (20) die die Kugeln (20) aufnehmende Ruhekammer (7a) mit dem Kühlwasseraustrittsstutzen (13) einerseits sowie einer Kugelschleuse (35) andererseits verbunden ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Ruhekammer (7a) mit dem Kühlwasseraustrittsstutzen (13) gegen diesen absperrende Trennwand (5) um eine Spaltbreite von nicht grösserals 10° in den Öffnungswinkel des Kühlwasseraustrittsstutzens (13) hineirgedreht ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der oberen Kühlwasseraustrittsstutzen (13) und die Ruhekammer (7a) über eine absperrbare Bypassleitung (50) miteinander in Verbindung stehen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Ruhekammer (7a) und der obere Kühlwassereintrittsstutzen (14) über eine Abführungsleitung (52), die eine beidseitig absperrbare Kugelschleuse (53) enthält, miteinander in Verbindung stehen.

25. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung (50) vom Kühlwasseraustrittsstutzen (13) an der tiefsten Stelle der Ruhekammer (7a) einmündet.

26. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschleuse (53) eine Auffangkammer (57) für zu entnehmende Kugeln (20) und eine Aufgabekammer (58) für einzusetzende Kugeln (20) aufweist, wobei beide Kammern (5⁷, 58) durch eine siebartige Trennwand (56) voneinander abgetrennt sind.

27. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bypassleitung durch eine in die Gehäusewandung (2) eingelassene, nach innen offene Rinne (60) gebildet ist.