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Dokumentenidentifikation DE102006039250A1 12.04.2007
Titel Wärmetauscher aus Wellrohr für Abwasser u. Oberflächenwasser
Anmelder Gerstenberger, Lutz, 01917 Kamenz, DE;
Roth, Harald, 01309 Dresden, DE;
Weigert, Michael, 01705 Freital, DE;
Müller, Jürgen, 01662 Meißen, DE
Erfinder Gerstenberger, Lutz, 01917 Kamenz, DE;
Roth, Harald, 01309 Dresden, DE;
Weigert, Michael, 01705 Freital, DE;
Müller, Jürgen, 01662 Meißen, DE
Vertreter Creutz, D., Dipl.-Chem. Faching. f. Schutzrechtw., Pat.-Anw., 01662 Meißen
DE-Anmeldedatum 22.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006039250
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse F28F 1/06(2006.01)A, F, I, 20060822, B, H, DE
IPC-Nebenklasse E03C 1/122(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, DE   F16L 11/11(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, DE   F16L 11/15(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus Wellrohr für Abwasser und für Oberflächenwasser sowie ein Verfahren zur Reinigung von Wärmetauscheranlagen, bei denen ein Wärmetauscher mit Spannseiten eingebaut ist.
Erfindungsgemäß werden Wellrohre bestimmter Nennweite und Anzahl, in Abhängigkeit vom Mindestfüllstand des umgebenden Mediums mittels einer Aufhängung oder Auflagerung im umgebenden Medium angeordnet und/oder befestigt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich die Möglichkeit, einen universell einsetzbaren, kostengünstigen und mit einfachen Mitteln montierbaren Wärmetauscher zu schaffen. In vorhandenen Bestandsanlagen kann der Wärmeaustauscher ohne Ausbau der Anlage montiert werden.
Der Wärmetauscher ist durch seine einfache Linienführung und Befestigung sowohl in natürlichen Gewässern (Bäche, Teiche, Seen u. a.) als auch in wassertechnischen Anlagen (Behältern, Kanäle, Rohrleitungen, Schächte u. a.) einsetzbar.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher aus Wellrohr für Abwasser und für Oberflächenwasser sowie ein Verfahren zur Reinigung von Wärmetauscheranlagen bei denen ein Wärmetauscher mit Spannseilen eingebaut ist.

Bisher wurden Wärmetauscher in ungereinigten Wässern, wie Oberflächenwasser, Abwasser und dgl., in Form von räumlichen Strukturen (Gitter, Röhrensysteme) oder flächigen Konstruktionen (Gerinne aus Edelstahl) vorgesehen.

Dabei konnte zwar ein guter Wärmeübergang dargestellt werden, allerdings sind diese bekannten Vorrichtungen für den Einsatz in Abwassersystemen, in Rohrleitungen mit kleinerem Durchmesser (< 400 mm) sowie zur Nachrüstung vorhandener Rohrleitungen nicht oder nur sehr eingeschränkt einsetzbar. Dies liegt vor allem in der Verstopfungsanfälligkeit sowie in dem großen Flächen-/Volumenbedarf der bekannten Vorrichtungen begründet.

Aus der DE 2156578 ist bekannt, dass flexible Spiralwellrohrleitung für Wärmeübertragung als Verdampferleitung oder Siedeleitung, insbesondere für Mehrwasserentsalzung eingesetzt wird. Die darin enthaltenen sehr allgemeinen Lösungsvorschläge sind allerdings nicht geeignet spezielle Probleme, wie Bemessung, Strömungsgeschwindigkeit und Befestigung der Leitungen zu lösen.

In der DE 3119862 A1 werden Rohrwärmetauscher beschrieben, die insbesondere mit flexiblen, gewundenen Rohren sowie biegsamen Rohrschlangen ausgestattet werden.

Die vorgeschlagenen Lösung ist allerdings für Abwasser und Oberflächenwasser wegen Verschmutzung der Oberfläche durch mineralische und biologische Bestandteile ungeeignet. Zudem behindern die vorgeschlagenen Einbauten die Durchströmung zu stark. Ebenso sind die vorgeschlagenen Befestigungen nicht nutzbar.

Eine weitere Lösung wird in der DE 197 19 311 C2 beschrieben. Dort wird eine Abwärmeinstallation für Abwasser, bei der eine wärmeleitende Tauschfläche plattenförmig oder profiliert ausgebildet ist und diese Tauschfläche im direkten Kontakt mit dem Abwasser steht, vorgeschlagen.

Nachteile der Lösung ist, dass in bestehenden Rohrleitungen zuviel nutzbarer Querschnitt beansprucht wird. Zudem ist eine sehr bau- und montageaufwendige Technologie, einschließlich der Absperrung beim Umpumpen, erforderlich, was zu hohen Kosten führt. Die vorgeschlagene Lösung ist außerdem nur bei großen Querschnitten DN > 400 einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Abwärmeinstallation zu entwickeln, die es ermöglicht auf effiziente Weise mittels eines Wärmeaustauschers die Abwärme von ruhendem oder fließendem Oberflächenwasser sowie sich in offenen oder geschlossenen Systemen befindlichem Abwasser zu nutzen, und dabei aus Materialien besteht, die den Anforderungen an die Haltbarkeit und Resistenz genügen sowie gleichzeitig mit bekannten und an sich geläufigen Vorrichtungen und Materialien auskommt, so dass auf ökonomisch günstige Art und Weise ein solcher Wärmetauscher in bestehende oder neu zu bauende Anlagen einzubringen ist, ohne dabei die hydraulische Leistungsfähigkeit vorhandener Anlagen einzuschränken.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem Wellrohre bestimmter Nennweite und Anzahl, in Abhängigkeit vom Mindestfüllstand des umgebenden Mediums mittels einer Aufhängung oder Auflagerung im umgebenden Medium angeordnet und/oder befestigt werden.

Als eine besonders bevorzugte Ausführungsform wird hierfür als Wellrohr ein Spiralwellrohr eingesetzt.

Die Wellrohre bestehen erfindungsgemäß vorzugsweise aus Edelstahl.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, wenn Spiralwellrohr aus Edelstahl mit einer Wandstärke von 0,1 bis 1,0 mm eingesetzt werden.

Für die Erfindung ist es ausschlaggebend, die Nennweite und Anzahl der Wellrohre in Abhängigkeit vom Volumen des umgebenden Mediums zu bemessen.

Als weitere wesentliche Einflussgröße wird die Nennweite und Anzahl der Wellrohre von der Fließgeschwindigkeit des umgebenden Mediums bestimmt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der aus Nennweite und Anzahl resultierende Gesamtquerschnitt des Wärmetauschers 20% des Nutzquerschnittes nicht überschreitet.

Der für die erfindungsgemäße Lösung erforderliche Mindestfüllstand wird durch den Abstand zwischen der Oberfläche des umgebenden Mediums und dem Scheitel des Wellrohres definiert. Er sollte 50% der Nennweite des Wellrohres nicht unterschreiten.

Für die erfindungsgemäße Lösung werden bevorzugte Bedingungen dann erreicht, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher in Abhängigkeit vom Volumen, der Fließgeschwindigkeit und der Temperatur sowie der benötigten Wärmeentzugsleistung eingestellt wird.

Um besonders gute Ergebnisse zu erzielen, sollte der Abstand der Rohrwandung des Wärmetauschers zur Mittelachse der Abwasserleitung das 1,5-fache der Nennweite des Wellrohres betragen.

Grundsätzlich werden erfindungsgemäß die Wellrohre durch Aufhängung oder Auflagerung befestigt.

Es hat sich aber gezeigt, dass die Aufhängung der Wellrohre in sehr vorteilhafter Weise mittels Spannseilen realisiert werden kann.

Ebenso lassen sich als Auflagerungen des Wellrohres Strömungseinbauten einbringen. Solche Strömungseinbauten werden grundsätzlich in der das Medium umgebenden Begrenzung verankert. Als besondere Ausgestaltungsform der Erfindung werden Strömungseinbauten aus großmaschigen Edelstahlgittern verwendet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht erfindungsgemäß der Wärmetauscher aus einem ungeschnittenen Rohrstrang mit definierten Mindestbiegeradien.

Für Wärmetauscher aus Wellrohr, bei denen Wärmetauscherstränge mit Spannseilen eingebaut sind, wird zu deren Reinigung eine erfindungsgemäße Lösung vorgeschlagen, wobei durch Entleerung des Wellrohres und des darauf folgenden Aufschwimmens Ablagerungen zwischen Wellrohr und Begrenzung des umgebenden Mediums gelöst werden.

Durch die erfindungsgemäße Anwendung ergibt sich die Möglichkeit, einen universell einsetzbaren, kostengünstigen und mit einfachen Mitteln montierbaren Wärmetauscher zu schaffen.

In vorhandene Bestandsanlagen kann der Wärmetauscher ohne Ausbau der Anlage montiert werden.

Der Wärmetauscher ist durch seine einfache Linienführung und Befestigung sowohl in natürlichen Gewässern (Bäche, Teiche, Seen u. a.) als auch in wassertechnischen Anlagen (Behältern, Kanäle, Rohrleitungen, Schächte u. a.) einsetzbar.

Durch die Möglichkeit, den Wärmetauscher hinsichtlich der Dimension des Edelstahl-Wellrohrs, der Anzahl der Stränge, der Anordnung der Stränge und der gewünschten Entzugsleistung anzupassen, kann der Wärmetauscher sowohl in großen Anlagen (Rohrleitungen > NW 400, Schächte und Behälter > 1,0 m Durchmesser) wie auch in kleinen Anlagen (Rohrleitungen < NW 400, Schächte und Behälter < 1,0 m Durchmesser) eingesetzt werden.

Hervorhebenswert ist der bei einer Entleerung der Wärmetauscherstränge eintretende Effekt der Selbstreinigung. Dabei wird ausgenutzt, dass die dann nur noch luftgefüllten Wellrohrstränge nach oben aufschwimmen und durch diese Lageänderung anhaftende Verunreinigungen oder aufsitzende Geschiebebestandteile (Sandkörner o.ä.) nach unten fallen.

Durch die Anordnung der Edelstahl-Wellrohrstränge mit einem definierten Achsabstand ist es des weiteren möglich, die beim Betrieb von Rohrleitungen, speziell Abwasserleitungen turnusmäßig vorzunehmenden TV-Inspektionen ohne Einschränkungen durchzuführen. Die Wandung des Rohrs oder Behälters kann dabei vollflächig untersucht werden.

Die Anordnung des Wärmetauschers in der nachfolgend für Abwasserleitungen beschriebenen Form führt weiterhin zu einem, für den Betrieb von Rohrleitungen mit Kreisprofil besonders positiven Effekt der Ausbildung eines sogenannten "Pseudogerinnes".

Dabei entwickelt sich in dem zwischen den Wärmetauschersträngen befindlichen Rohrabschnitt infolge der hydraulischen Gegebenheiten nach Einbau des Wärmetauschers eine höhere Fließgeschwindigkeit des Mediums als im übrigen Rohrbereich. Dadurch erfolgt eine höhere Transportleistung für das vor allem bei Mischwasserkanalisation anzutreffende Geschiebe (Sand, Schlamm, Feststoffe).

Weiterhin ist bei Entwässerungsleitungen im Mischsystem durch den Einbau des zweisträngigen Wärmetauschers ein verbesserter Trockenwetterabfluss zu verzeichnen.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend zur weiteren Verdeutlichung an Hand mehrerer Darstellungen in den Zeichnungen 1 bis 17 näher erläutert.

Dabei zeigen:

1: Gesamtüberblickszeichnung

2: Verhältnis der Summe aller Nennweiten des Wärmetauschers zum Nutzquerschnitt

3: Mindestfüllstand, Nennweite und Abstand zur Oberfläche

4: Aufhängung an Spannseilen

5: Verankerung von Strömungseinbauten

6: Edelstahlgitter als Strömungseinbauten

7: Ungeschnittener Rohrstrang mit Mindestbiegeradien

8: Achsabstände des Wärmetauschers bei Rohrleitungen

9: Prinzip der Reinigung bei Spannseilaufhängung

10: Draufsicht auf einen Abwasserwärmetauscher zur Erläuterung der Strangführung und Umlenkung

11: Längsschnitt durch einen Abwasserwärmetauscher zur Erläuterung der Strangführung

12: Querschnitt durch einen Abwasserwärmetauscher mit Darstellung der Lage der beiden Rohrstränge

13: Draufsicht auf einen Fließwasserwärmetauscher zur Erläuterung der Strangführung und Umlenkung

14: Längsschnitt durch einen Fließwasserwärmetauscher zur Erläuterung der Strangführung

15: Querschnitt durch einen Fließwasserwärmetauscher mit Darstellung der Lage der 4 Rohrstränge

16: Draufsicht auf einen Wärmetauscherschacht Erläuterung der Strangführung und Strömungen

17: Schnitt durch einen Wärmetauscherschacht mit Darstellung der Lage der Rohrstränge

1 stellt den Querschnitt einer vorteilhaften Ausführungsform dar.

In diesem Falle handelt es sich um einen Rohrwärmetauscher für Oberflächenwasser aus Fließgewässern.

Dabei bilden fünf Stränge definierter Nennweite 2 aus Edelstahl- Spiralwellrohr 1, 6 einen Wärmetauscher, dessen oberer Teil auf Edelstahlgittern 5, 12 gelagert ist. Diese Gitter fungieren als Strömungseinbauten und ruhen auf der Rohrwandung, die hier als Begrenzung des den Wärmetauscher umgebenden Mediums 13 fungiert.

Zwei Rohrstränge dieses Wärmetauschers befinden sich unterhalb der Strömungseinbauten. Abweichend zur vorgenannten Art der Befestigung/Auflagerung sind diese beiden Stränge durch eine Aufhängung am Spannseil 4, 11 bzw. durch eine starre, schellenartige Verbindung 5, 12 mit der Rohrwandung verbunden. Die letztgenannte Befestigung kann ebenfalls als Strömungseinbau bezeichnet werden und gewährleistet ebenso wie die Seilverspannung eine behinderungsfreie Durchströmung im Bereich der Rohrsohle 15.

Entscheidend für eine optimale Funktionsweise des Wärmetauschers ist dabei, dass zwischen dem Scheitel des Wellrohres 9 und der Oberfläche des umgebenden Mediums 8 ein definierter Mindestabstand von mindestens 50% der Nennweite des Spiralwellrohres 1, 6 vorhanden ist. Diese muss durch einen definierten Mindestfüllstand des Rohres 10 gewährleistet sein.

2 verdeutlicht die Abhängigkeit des Wärmetauscher-Gesamtquerschnitts 16 (im Beispiel die Summe von 4 einzelnen Rohrquerschnitten) vom Nutzquerschnitt 7 einer teilgefüllten Rohrleitung. Der Gesamtquerschnitt errechnet sich aus der Summe aller Einzelquerschnitte 2 der eingebauten Wärmetauscherstränge. Der Nutzquerschnitt ergibt sich aus der im Regelbetriebszustand vorhandenen Füllung der Rohrleitung.

3 illustriert die Abhängigkeit des Mindestfüllstands der Rohrleitung von der Nennweite des Wärmetauschers 2. Zwischen der Oberfläche des umgebenden Mediums 8 und dem Scheitel des obersten Wellrohrstrangs muss ein definierter Abstand 17 vorhanden sein, der mindestens 50% der Nennweite des Wellrohres entspricht.

4 zeigt die bei einer vorteilhaften Ausführungsform angewandte Fixierung der Wellrohr-Wärmetauschersiränge mittels Seilverspannung.

Dabei wird für jeden der gewählten Wärmetauscherstränge ein Edelstahlseil installiert, das jeweils an Aufhängungs- bzw. Verankerungspunkten 4 im Berg- sowie Talschacht 18, 19 befestigt ist und dort auch gespannt werden kann.

Kennzeichnend für diese Art der Befestigung ist ein leichtes Durchhängen der Seile, das sich bei Beachtung dieser Besonderheit bei der Wahl der Aufhängungspunkte weder auf den Betrieb der Rohrleitung noch auf die Funktionsweise des Wärmetauschers negativ auswirkt.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird in 5 ein Rohrwärmetauscher für Oberflächenwasser aus Fließgewässern dargestellt, bei dem der Wärmetauscher aus 6 Rohrsträngen besteht, die paarweise in 3 Lagen übereinander angeordnet wurden. Aufgelagert sind die Wärmetauscherstränge auf großmaschigen Edelstahlgittern 5, 12, die als Strömungseinbauten fungieren.

In 6 sind unterschiedliche Möglichkeiten der Verankerung von Strömungseinbauten verschiedener Art 24 dargestellt.

Neben der Fixierung an gespannten Edelstahlseilen kommt dabei bei begehbaren Rohren die Verwendung von Rohrschellen in Betracht, die mittels Bohrung und Dübel in der Rohrwand verankert werden. Auf diese Weise könne auch die zur Auflagerung dienenden großmaschigen Edelstahlgitter befestigt werden.

7 zeigt in der Draufsicht den aus einem einzigen ungeschnittenen Rohrstrang bestehenden Wärmetauscher, der jeweils am Berg- und Talschacht 18, 19 sowie an der Verbindungsstelle zur Wärmepumpe 25 unter Einhaltung der vorgeschriebenen Mindestbiegeradien 26 umgelenkt wird.

Bei 8 sind Achsen und Ebenen zur Positionierung des Wärmetauschers dargestellt. Dabei wird die Höhe der Anordnung der Wärmetauscherstränge durch deren Nennweite 2 und die Oberfläche des umgebenden Mediums 8 bestimmt.

Der seitliche Abstand der Wellrohrstränge zueinander wird dadurch bestimmt, dass der Abstand 27 zwischen Außenfläche der Wandung des Wellrohres und Mittelachse der Rohrleitung 28 mindestens dem 1,5 fachen der Nennweite des Wärmetauscherstrangs entspricht. Bei Rohrleitungen, die durch TV-Inspektion befahren werden, muss im Bereich der Rohrsohle der Abstand zwischen den Wandungen der Wellrohre mindestens 1,25 × der Breite des TV-Kamereawagens betragen.

9 stellt verschiedene Betriebszustände in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel dar. Dabei kann durch gezielte Entleerung der Wärmetauscherstränge infolge des daraufhin stattfindenden Aufschwimmens eine Reinigung der Oberflächen der Wellrohre sowie der Innenwandung der Rohrleitung stattfinden. Geschiebemassen, Sand und Kies sowie sonstige Gegenstände 31, die im gefüllten Zustand (Betriebsposition 30) im Bereich der Kontaktstelle zwischen Rohrleitung und Wärmetauscher auf- und anlagern, rutschen im aufgeschwommenen Zustand 29 entlang der Rohrinnenwandung nach unten und werden im Bereich der Rohrsohle abtransportiert.

In den 10, 11 und 12 wird beispielhaft der Einsatz des Wärmetauschers aus Edelstahl-Wellrohr in Abwasserleitungen dargestellt. Dabei wird auf einen zweisträngigen Wärmetauscher mit einer Nennweite zwischen DN 25 und DN 80 Bezug genommen.

Die Anzahl der Rohrstränge des Wärmetauschers, deren Nennweite, die Anzahl und Lage der Verankerungspunkte und die Länge der Einbaustrecke ist Resultat der Bemessung.

Zwischen Anfangs- und Endschacht 18, 19 der Einbaustrecke wird der Wärmetauscher als ungeschnittener Rohrstrang aus Spiralwellrohr 6 eingebracht.

Eine Umlenkung des Stranges kann am Endschacht unter Beachtung des vom Hersteller vorgeschriebenen Mindestbiegeradius 26 erfolgen.

Der Einbau des Wärmetauschers kann bei laufendem Kanalbetrieb durch "Einschwimmen" des an beiden Enden verschlossenen luftgefüllten Wellrohrs geschehen.

Die Fixierung des Wärmetauschers erfolgt bei begehbaren Leitungen durch Befestigung an der Rohrwandung mittels Schellen oder Ankern 5, 12.

Alternativ kann auch bei großen Rohrnennweiten eine Befestigung an Spannseilen 4, 11 erfolgen.

Bei nicht begehbaren Rohrleitungen geschieht die Fixierung des Wärmetauschers generell durch Spannseile.

Diese werden durch Anker gehalten und Spannvorrichtungen gestrafft, die jeweils im Schachtbereich angeordnet sind (4).

In den 13, 14 und 15 wird ein Wärmetauscher gezeigt, der das Wasser eines Fließgewässers (Bach, Fluss) zur Wärmegewinnung nutzt. Dabei wird auf einen viersträngigen Wärmetauscher mit einer Nennweite zwischen DN 25 und DN 100 Bezug genommen, der in einem Hüllrohr angeordnet ist, das im Nebenschluss zum Fließgewässer verlegt wird. Dieser Wärmetauscher wird generell mit voll gefülltem Rohr betrieben.

Die Anzahl der Rohrstränge des Wärmetauschers, deren Nennweite und die Länge der Einbaustrecke ist Resultat der Bemessung.

Am Anfang und am Ende des Hüllrohres wird je ein Schacht 18, 19 angeordnet, der zur Bereitstellung des für die Umlenkung des Wellrohrs nötigen Bauraumes und zur Inspektion erforderlich ist.

Der Einbau des Wärmetauschers kann in vorgefertigtem Zustand erfolgen. In diesem Fall wird eine komplette Baugruppe mit Bergschacht, Talschacht, Hüllrohr und Wärmetauscher, vorzugsweise in Montagelängen von 6 bis 12 m, produziert und am Einbauort montiert.

Die Fixierung der Wellrohre des Wärmetauschers erfolgt bei mehrsträngigen Fließwasserwärmetauschern durch die Lagerung auf Edelstahl-Gitterträgern 12, welche als Strömungseinbauten fungieren und durch gestapelte Anordnung ein räumliches Tragwerk bilden.

Dieses Tragwerk liegt an der Rohrwandung des Hüllrohres an. Dadurch und infolge der an den Umlenkungspunkten vorhandenen Reibungskräfte zwischen Wellrohr und Schacht wird eine stabile und für den Betrieb des Wärmetauschers ausreichende Lagesicherung erreicht. Am Ablauf des Talschachtes 19 wird ein Schieber 32 angeordnet, durch den die Wassermenge gesteuert werden kann, die den Wärmetauscher durchfließt. Damit ist auch eine Steuerung der Wärmeentzugsleistung des Wärmetauschers gegeben.

Die 16 und 17 zeigen einen Wärmetauscherschacht, der vor allem für den Einsatz in kleinen und kleinsten Fließgewässern sowie bei der Niederschlagswasserableitung und Melioration/Dränage konzipiert wurde.

Dabei wird ein Schachtbauwerk nach Bemessung mit einem spiralförmig verlegten Wärmetauscher 33 aus Edelstahl-Wellrohr mit einer Nennweite zwischen DN 25 und DN 150 versehen. Der Durchmesser und die Tiefe des Schachtes, die Anzahl der Spiralwindungen des Wärmetauschers, die Nennweite des Wellrohres und die Anordnung des Schachtes (direkt im Gewässer oder im Nebenschluss) ist Resultat der Bemessung.

Der Einbau des Wärmetauschers kann in vorgefertigtem Zustand erfolgen. In diesem Fall wird das komplette Bauteil mit Sandfang, Schacht, Wärmetauscher und Zu-/Ablaufanschlüssen produziert und am Einbauort montiert.

Die Fixierung der Wellrohrspirale des Wärmetauschers erfolgt durch die Anordnung von Festpunkten an der Schachtwand. An diesen wird der Wärmetauscher mit Montageschellen oder ähnlichem befestigt. Alternativ können diese Festpunkte auch zur Aufnahme einer Seilverspannung genutzt werden, an der das Edelstahl-Wellrohr befestigt wird.

Das Prinzip des Wärmetauscherschachtes eignet sich auch für die Anwendung in geschlossenen und offenen Behältern.

So kann zum Beispiel in Industrie und Landwirtschaft aus großen Becken mit Flüssigkeiten Wärmeenergie entzogen werden.

Besonders bevorzugte Lösungen der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert:

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1 wird ein Abwasserwärmetauscher durch zwei Edelstahl- Wellrohrstränge bestimmter Nennweite gebildet, die in definiertem Abstand zueinander angeordnet sind und unter Einhaltung einer Mindesteintauchtiefe im Medium dem Abwasser Wärmeenergie entziehen. Dabei fungiert ein Strang als Vorlauf und ein Strang als Rücklauf.

Zwischen Vor- und Rücklauf des Wärmetauschers wird ein Umlenkbereich ausgebildet, indem das Wellrohr mit dem vom Hersteller vorgegebenen Mindestradius gebogen wird.

Die Rohrstränge werden jeweils durch ein Seil aus Edelstahl fixiert, das sowohl im Bereich des Bergschachtes als auch im Talschacht verankert ist und dort mittels Spannvorrichtungen verstellt werden kann. Die beiden Stränge sind in einem derartigen Abstand angeordnet, dass eine KanalTV-Kamera zwischen den beiden Wellrohrsträngen aus Edelstahl die Kanalinspektion vornehmen kann. Die verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen und Ausbildungen der Wärmetauscher lassen sich in einfacher Art und Weise dadurch realisieren, dass die ungefüllten Wellrohrstränge in teilgefüllte Rohrleitungen eingeschwommen werden können.

Der erfindungsgemäße Abwasserwärmetauscher aus Edelstahl-Wellrohr kann in Rohrleitungen aller Art und speziell Abwasserleitungen eingesetzt werden.

Weitere Einsatzgebiete sind Behälter und Becken wie zum Beispiel Klärbecken, Güllebehälter und -becken sowie andere Sammelbehälter von Flüssigkeiten. Des weiteren kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher auch in natürlichen und künstlichen Gewässern, wie zum Beispiel Teichen, Seen, Staubecken und Steinbrüchen zum Einsatz kommen.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel 2 wird ein Fließwasserwärmetauscher durch ein Bündel von Edelstahlwellrohren gebildet, die auf Gitterträgern aus Edelstahl gelagert sind.

Die gesamte Konstruktion befindet sich in einem Rohr, das im Nebenschluss parallel zu einem Fließgewässer angeordnet ist.

Rohr, Gefälle und Wärmetauscher werden je nach benötigter Leistung und vorhandenem Volumenstrom im Gewässer bemessen.

Zwischen den Vor- und Rückläufen des Wärmetauschers werden Umlenkbereiche ausgebildet, indem die Wellrohre mit den vom Hersteller vorgegebenen Mindestradien gebogen werden.

Beim Fließwasserwärmetauscher kann der komplette Wärmetauscher mit Berg- und Talschacht, Hüllrohr, Gitterträgern und Edelstahl-Wellrohrsträngen vorzugsweise in 6 bis 12 m-Längen vorgefertigt und einbaufertig angeliefert werden.

Der erfindungsgemäße Fließwasserwärmetauscher aus Edelstahl-Wellrohr kann in Fließgewässern aller Art und speziell in Bächen/Flüssen/Kanälen im Nebenschluss oder direkt im Wasserlauf eingesetzt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 wird in einem Wärmetauscherschacht ein spiralförmiger Wärmetauscher aus Edelstahl-Wellrohr angeordnet.

Die Fixierung an der Schachtwand erfolgt mittels Schellen oder Spannseil mit Ösen.

Der Schacht wird direkt oder im Nebenschluss in ein fließendes Oberflächengewässer eingebunden. Ein vorgeschalteter kleiner Absetzschacht verhindert die Beanspruchung des Wärmetauscherschachtes mit Geschiebe.

Um das abgekühlte Wasser fortzuleiten und eine vertikale, von oben nach unten erfolgende Durchströmung des Schachtes zu erreichen, erhält der Schacht eine Abzugsöffnung im Bodenbereich bzw. in der Schachtwand direkt oberhalb des Schachtbodens. Von dort wird ein Rohr außerhalb des Schachtes nach oben geführt und wieder in das Fließgewässer geleitet. Beim Wärmetauscherschacht kann der komplette Wärmetauscher mit Schacht, Ablaufrohr und Edelstahl-Wellrohrspirale vorgefertigt und einbaufertig angeliefert werden.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscherschacht mit Edelstahl-Wellrohr kann in Fließgewässern aller Art und speziell in Bächen/Flüssen/Kanälen im Nebenschluss oder bei ausreichendem Gefälle direkt im Wasserlauf eingesetzt werden.

Durch den Effekt, dass nach der Entleerung des Wärmetauschers dieser im Medium aufschwimmt, werden eventuell vorhandene Anhaftungen oder Auflagerungen von Geschiebe gelöst und somit der Wärmetauscher außen gereinigt. Dies kann bei den erfindungsgemäßen Anwendungen als Abwasserwärmetauscher, Fließwasserwärmetauscher und Wärmetauscherschacht genutzt werden.

Aus Wirtschaftlichkeitsgründen und zur Vereinfachung der Konstruktion erfolgt die erfindungsgemäße Ausbildung des Wärmetauschers als kombiniertes Gegen-/Gleichstromsystem.

Die Ausbildung des Wärmetauscherstranges kann aber auch derart erfolgen, dass anstelle von Edelstahl-Wellrohr ein Glattrohr aus Edelstahl oder Kunststoff bzw. ein Kunststoffwellrohrentsprechender Materialgüte zum Einsatz kommt.

1
Wellrohr
2
Nennweite Wellrohr
3
umgebendes Medium
4
Aufhängung
5
Auflagerung
6
Spiralwellrohr
7
Nutzquerschnitt
8
Oberfläche des umgebenden Mediums
9
Scheitel des Wellrohres
10
Mindestfüllstand
11
Spannseil
12
Strömungseinbauten
13
Begrenzung des umgebenden Mediums
14
Rohrleitung
15
Rohrsohle
16
resultierender Gesamtquerschnitt
17
Abstand Oberfläche umgebendes Medium zu Scheitel Wellrohr
18
Bergschacht
19
Talschacht
20
Zufluss
21
Abfluss
22
Wärmetauscherschacht
23
Vor- und Rücklauf Wärmetauscher
24
Verankerung der Strömungseinbauten
25
Verbindung zur Wärmepumpe
26
Umlenkung Wärmetauscherstrang mit Mindestbiegeradius
27
Abstand zur Mittelachse
28
Mittelachse
29
Wärmetauscher in aufgeschwommenem Zustand
30
Wärmetauscher in Betriebsposition
31
Ablagerungen, Geschiebe
32
Drosselschieber zur Regulierung der Durchflussmenge
33
Tangentialer Gegenstrom


Anspruch[de]
Wärmetauscher aus Wellrohr (1) für Abwasser und für Oberflächenwasser, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (1) bestimmter Nennweite (2) und Anzahl, in Abhängigkeit eines Mindestfüllstandes (10) des umgebenden Mediums (3), mittels einer Aufhängung (4) oder Auflagerung (5) in dem ihn umgebenden Medium (3) angeordnet und/oder befestigt wird. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wellrohr (1) ein Spiralwellrohr (6) eingesetzt wird. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellrohr (1) aus Edelstahl besteht. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiralwellrohr (6) aus Edelstahl mit einer Wandstärke von 0,1 bis 1,0 mm besteht. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennweite (2) und Anzahl der Wellrohre (1) in Abhängigkeit vom Volumen des umgebenden Mediums (3) bemessen wird. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennweite (2) und Anzahl der Wellrohre in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit des umgebenden Mediums (3) bemessen wird. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Nennweite (2) und Anzahl der Wellrohre resultierende Gesamtquerschnitt (16) der Wärmetauscher 20% des Nutzquerschnittes (7) nicht überschreiten darf. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestfüllstand (10) durch den Abstand (17) zwischen der Oberfläche des umgebenden Mediums (8) und dem Scheitel des Wellrohres (9) bestimmt wird, der 50% der Nennweite des Wellrohres (2) nicht unterschreiten darf. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung des Wellrohres (4) mittels Spannseilen (11) erfolgt. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerungen des Wellrohres (5) Strömungseinbauten (12) darstellen. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinbauten (12) in der das Medium umgebenden Begrenzung (13) verankert werden. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungseinbauten (12) aus großmaschigen Edelstahlgittern bestehen. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher aus einem ungeschnittenen Rohrstrang mit definierten Mindestbiegeradien besteht. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Wärmetauscher in Abhängigkeit vom Volumen, der Fließgeschwindigkeit und der Temperatur des umgebenden Mediums (3) sowie der benötigten Wärmeentzugsleistung eingestellt wird. Wärmetauscher aus Wellrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Rohrleitungen (14) der Abstand (27) des Wärmetauschers zur Mittelachse (28) der Rohrsohle (15) mindestens das 1,5-fache der Nennweite des Wellrohres (2) beträgt. Verfahren zur Reinigung von Abwasseranlagen, in denen ein Wärmetauscher mit Spannseilen (11) eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch Entleerung des Wellrohres (1) und des darauf folgenden Aufschwimmens Ablagerungen (31) zwischen Wellrohr (1) und Begrenzung des umgebenden Mediums (13) gelöst werden und sich infolge der Schwerkraft in Richtung Sohle der Abwasseranlage bewegen.






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