HEAT EXCHANGER FOR THE TRANSFER OF HEAT FROM WASTE WATER

Abstract: 1. Heat exchanger for the transfer of heat from and to dirty water, in particular waste water, comprising a water-receiving container (1) including an inlet (5) extending over a filter (3), an outlet (7) and preferably a selectively openable mud outlet (9), and a plurality of exchanger elements arranged in the container (1) and suffusable with a thermal carrier, in particular industrial water or a thermal medium of a heat pump or refrigeration system upon functioning of the exchanger elements as evaporator, deheater or condenser means, characterized in that the exchanger elements are upright exchanger plates (13, 15, 17), and that in the lower part of the container is provided an injection means arranged for subjecting the plate surfaces to and sweeping them with a flush gas, preferably air, and for stirring the water.

Description: Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Wärmeaustauscher zur RUckgewinnung von Wärme aus verschmutztem Wasser, beispielsweise Haushalts-Abwasser, sind bisher kaum in Gebrauch, weil sich auf den von dem Wasser beaufschlagten Flächen des Austauschers schon nach kurzer Betriebszeit Ablagerungen bilden, die den gewünschten Wärmeäustausch stark behindern. In vielen Produktionsbereichen und in Haushalten fallen grosse Mengen verschmutzten Abwassers mit hohem Temperaturniveau an. Dabei handelt es sich zum Beispiel um Abwässer aus Brauereien,Färbereien,kommunalen Schwimmbädern, Krankenhäusern und Haushalten. Diese Wärmequellen sind bisher kaum genutzt worden, obwohl sie wegen des hohen Temperaturniveaus besonders wertvoll sind und insbesondere bei Wärmepumpen eine hohe Leistungsziffer ermöglichen. Es sind Wärmeaustauscher bekannt, bei denen zum Sauberhalten der Austauscherflächen mechanische Reinigungseinrichtungen wie Wischerstränge (DE-PS 23 45 721) oder Rohrbürsten (DE-PS 29 48 387) verwendet werden. Diese Einrichtungen sind jedoch für stark verschmutztes Wasser mit schleimigen oder haarigen Verunreinigungen nicht geeignet, da sie zu häufig eingesetzt werden müssten und dann rasch verschleissen würden; auch ist in solchen Fällen ihre Wirksamkeit nur gering. Es ist auch möglich, die Verunreinigungen durch ein Filter 60 weitgehend zu entfernen, dass der Wärmeaustauscher störungsfrei betrieben werden kann, wobei das Filter periodisch rckgespült werden kann (Aufsatz von Norbert Felber in der Zeitschrift CCI). Das Filter hat dabei jedoch nur eine verhältnismässig kurze Standzeit, insbesondere bei Vorliegen stark verschmutzten Abwassers, und muss dementsprechend oft rückgespült werden. Das erhöht die Betriebskosten und den Ersatzaufwand. Das Filter setzt sich trotz des Rückspülens verhältnismässig rasch zu und muss bald ausgetauscht werden. Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Wärmeaustauscher für verschmutztes Wasser zu schaffen, der auch bei schwer verarbeitbaren Verschmutzungen wie sie insbesondere in häuslichem und sanitärem Abwasser, in Duschraum- und Schwimmbad-Abvässern und in faser- und haarhaltigem Abwasser vorliegen, betrieben werden kann und dabei nur einen geringen Aufwand für die Sauberhaltung der Austauscherflächen erfordert. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit dem Wärmeaustauscher nach dem Anspruch 1. Bei dem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher wird durch die Verwendung aufrechtstehender Austauscherplatten und deren BespUlen mit Spülgas ein Festsetzen der besonders schwierigen haarigen und faserigen Verunreinigungen sowie auch schleimiger und kleinstückiger Verunreinigungen im wesentlichen verhindert. Der grösste Teil der Verunreinigungen braucht somit nicht in dem Filter abgefangen zu werden, sondern wird einfach durch den Wärmeaustauscher hindurchgeleitet oder kann als Sinkstoff abgeführt werden. Das Filter kann deshalb entsprechend grobporiger ausgelegt werden, hat deshalb eine längere Standzeit und einen höheren spezifischen Durchfluss und braucht weniger häufig rückgespült oder ausgetauscht zu werden. Demgegenüber fällt der Aufwand für das Einblasen des Spülgases nicht ins Gewicht. Überdies kann der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher auch bei Abwasser verwendet werden, bei dem die bisher bekannten Wärmeaustauscher mit vorgeschaltetem Filter überhaupt nicht benutzt werden konnten. Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich für beliebige flüssige oder gasförmige Wärmeträger, insbesondere auch sehr gut zur Wärmerückgewinnung in Wärmepumpen, bei denen dann die Austauscherplatten als Verdampfer der Wärmepumpe verwendet werden. Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher eignet sich auch zur Enthitzung von Kältemittelgasen oder zur Kondensation. Die Rührung durch das Spülgas verbessert den Wärmeaustausch durch Konvektion, so dass die Wärmedurchgangszahl und-die spezifische Austauschleistung erhöht und der Investitions- und Platzbedarf entsprechend erniedrigt sind. Die Einblaseinrichtung besteht vorzugsweise aus Gasverteilern, die mit Gasaustrittsöffnungen versehen sind. Das ist sehr einfach und kostengünstig. Meist wird es vorteilhaft sein, wenn mehrere Austauscherplatten im wesentlichen parallel zueinander mit gegenseitigen Abstanden in dem Behälter angeordnet sind. Dadurch wird der bauliche Aufwand pro Einheit der Austauschfläche verringert. Aus Sicherheitsgründen kann es zweckmässig sein, zusätzlich eine wahlweise betätigbare mechanische Reinigungseinrichtung für die Austauscherplatten vorzusehen. Dadurch können erforderlichenfalls die Austauscherplatten auch mechanisch gereinigt werden, falls besondere Umstände, beispielsweise chemisch ausgelöste Niederschläge, doch Ablagerungen hervorrufen sollten. Vorzugsweise hat der Behälter eine Abdeckung und eine Gasableitung. Dadurch können in einfacher Weise Belästigungen oder Gefahren durch das aus dem Wasser austretende Spülgas verhindert werden. Im allgemeinen wird der Behälter unter Atmosphärendruck betrieben. Es ist aber natürlich auch eine Auslegung für einen Betrieb bei anderen Drücken möglich. Oft ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein weiterer Behälter vorgesehen ist, der ebenfalls Austauschelemente in Form von aufrechtstehenden Austauscherplatten aufweist und mit dem ersten Behälter hinsichtlich des Wassers in Reihe verbunden ist. Man kann dann das Wasser abschnittsweise mit Wärme trä gern verschiedener Temperatur in Wärmeaustausch bringen und dadurch dem Wasser mehr Wärme entnehmen oder zuführen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Austauscherplatten aufeinanderfolgender Behälter hinsichtlich des Wärmeträgers in Reihe verbunden sind und eine Gegenstrom-Führung von Wasser und Wärmeträger vorliegt. Die Aufteilung in mehrere Behälter oder Behälterabteile ermöglicht echte Gegenstrombedingungen. Es ist auf diese Weise ohne weiteres möglich, mit Abwasser von 800C Temperatur Frischwasser von 10 auf 65 C zu erwärmen. Der beschriebene unterteilte Aufbau ist baulich sehr einfach dadurch möglich, dass man die Behälter aneinanderbaut und durch Öffnungen in den Trennwänden miteinander zu einem durch die Behälter verlaufenden Wasser-Strömungsweg verbindet. Der Aufwand für das Rückspülen des Filters ist besonders klein, wenn das Filter oberhalb des Bodens des Behälters angeordnet ist und stromauf an einen Filterbehälter anschliesst, der einen unterhalb des Filters liegenden Schmutzwasser-Auslass mit einem wahlweise zu öffnenden Schmutzwasser-Auslassventil aufweist. Das Rückspülen kann dann unter dem statischen Druck des in dem Behälter befind lichen Wassers erfolgen. Natürlich, können auch andere oder weitere Rückspüleinrichtungen verwendet werden, zum Beispiel Düsen, aus denen beim Rückspülen Luft- oder Wasserstrahlen unter hohem Druck auf das Filter gerichtet werden. Der bauliche Aufwand für das Filter ist besonders gering, wenn das Filter in einer Seitenwand des Behälters angeordnet ist, die eine Trennwand zwischen dem Behälter und dem Filterbehälter bildet. Zweckmässigerweise enthält der Filterbehälter einen Niveaufühler, und das Rückspülen erfolgt selbsttätig bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus durch Öffnen des Schmutzwasser Auslassventils. Es ergibt sich dann eine automatische Arbeitsweise mit entsprechend verringertem Aufwand an menschlicher Tätigkeit. Die Einblaseinrichtung ist vorzugsweise mit Luft aus dem Luftraum des Behälters speisbar. Dadurch ergibt sich eine Luft-Umwälzung, es wird unerwünschter Wärmeaustausch mit der Umgebung eingeschränkt; und es sind weniger Einrichtungen zur Reinigung oder Desodorierung von nach aussen abgegebener Luft erforderlich. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines AusfUhrungs- beispiels in Verbindung mit der Zeichnung¯näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine ganz schematische, teilweise mit weggebrochenen Wänden dargestellte perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers. Die Figur zeigt einen Wärineaustauscher zum Übertragen von Wärme aus verschmutztem Abwasser zu Frischwasser.Ein Behälter 1 hat einen über ein Filter 3 führenden Abwasser-Eingang 5, einen Abwasser-Ausgang 7 und einen wahlweise zu öffnenden Schlamm-Auslass 9 an der tiefsten Stelle des geneigt ausFe- führten Behälterbodens 11, In dem Behälter 1 sind drei Austauschelemente in Form aufrechtstehender Austauscherplatten 13, 15, 17 parallel zueinander und mit gegenseitigen Abständen angeordnet. Die dargestellten Austauscherplatten haben Ansätze, zum Beispiel die Platte 13, die Ansätze 19, 21 und 23, mit denen die Platten in nicht dargestellten Halterungen verankert werden können. Die Austauscherplatten sind von einem Wärmeträger, hier Nutzwasser, zum Beispiel Frischwasser, dem Wärme zugeführt werden soll, durchströmbar. Die Austauscherplatte 13 hat einen Wärmeträger-Einlass 25 und einen Wärmeträger-Auslass 27 an den Enden eines gestrichelt angedeuteten Leitungsweges 29 im Inneren der Platte 13. Einlass- und Auslass sind vorzugsweise wie dargestellt als Schraubanschlüsse ausgeführt, damit die Platten leicht austauschbar sind. Die Platten 15 und 17 sind ebenso ausgebildet wie die Platte 13. Die Wnrmetriiger-Ein- und Auslässe sind an Einlassund Auslass-Sammelrohre 31 bzw. 33 angeschlossen. Im unteren Bereich des Behälters 1 ist eine Einblaseinrichtung 35 zum Einblasen eines Spülgases,hier Luft,vorgesehen, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform in Form von rohrförmigen Gasverteilern 37, 39 41, 43, die zahlreiche Gasaustritts öffnungen 45 haben und mit ihren einen Enden an eine Spülgas-Eintrittsleitung 47 angeschlossen sind; letztere führt nach oben aus dem Behälter hinaus zu einer Spülgasquelle, hier in Form eines Luftverdichters 49 mit vorgeschaltetem Ansaugfilter 51. Die anderen Enden der Gasverteiler 37, 39, 41, 43 sind verschlossen. Die Gasverteiler sind so angeordnet, dass die bei Betrieb des Luftverdichters 49 aus den Gasaustrittsöffnungen austretende Spülluft die Oberflächen der Austauscherplatten 13, 15, 17 vollständig bestreicht und der gesamte Wasserinhalt des Behälters 1 gerührt wird. Der Behälter 1 hat eine Abdeckung 53 mit einer Gas-Ableitung 55, über die das aus dem Wasser wieder austretende, möglicherweise mit unangenehm riechenden, gesundheitsschädlichen oder korrosiven Bestandteilen behaftete Spülgas abgeleitet wird. Das Filter 3 ist zum Zurückhalten nur gröberer Teilchen ausgelegt, die nicht durch das Spülgas in der Schwebe gehalten werden können. Es hat sich gezeigt, dass durch das Bestreichen der Wärmeaustauschflächen mit Spülgas der Wärmedurchgang nicht störend verschlechtert wird; im Gegenteil überwiegt der günstige Einfluss der durch die Einblasung erzeugten Rührung. Das Filter 3 liegt oberhalb des Behälterbodens 11 und schliesst stromauf an einen Filterbehälter 57 an. Dieser hat unterhalb des Filters 3 einen Schmutzraum 59 und an dessen tiefster Stelle einen Schmutzwasser-Auslass 61 mit einem Schmut zwass er-Auslassventil 63. Das Filter 3 ist in einer Seitenwand 65 des Behälters 1 angeordnet; diese bildet eine Trennwand zwischen dem Behälter 1 und dem Filterbehälter 57. Der Filterbehälter 57 hat einen Niveaufühler 67, der huber eine Steuereinrichtung 69 das Ventil 63 öffnet,wenn ein bestimmtes Niveau im Filterbehälter erreicht ist.Gleichzeitig können weitere Rückspüleinrichtungen so z.B. Spritzdüsen (nicht dargestellt) eingeschaltet werden. An den Behälter 1 schliessen sich zwei weitere Behälter 71 und 73 an, die ebenfalls Austauscherplatten und Einblaseinrichtungen (in der Figur nicht zu sehen) wie der Behälter 1 enthalten. Die Behälter 1, 71, 73 sind aneinandergebaut und durch Öffnungen, zum Beispiel den Wasser-Ausgang 7 des Behälters 1, der gleichzeitig den Wasser-Eingang des nächsten Behälters 71 bildet, untereinander zu einem Strömungsweg für das Wasser verbunden. Entsprechend bildet ein Wasser-Ausgang 75 des zweiten Behälters 71 gleichzeitig den Wasser-Eingang des dritten Behälters 73, dessen Wasser-Ausgang 77 den Gesamt-Wasser-Ausgang des dargestellten Wärmeaustauschers bildet. Somit sind die Behälter 1, 71, 73 hinsichtlich des Wassers in Reihe miteinander verbunden. Auch die Behälter 71 und 73 haben Abdeckungen 79 bzw. 81 mit Gas-Ableitungen 83 bzw. 85.Die gestrichelt gezeichnete Leitung 86 deutet die Möglichkeit an, den Luftverdichter 49 aus den Gas-Ableitungen 55, 83, 85, d.h. aus den Lufträumen der Behälter 1, 71, 73 zu speisen. Von den Austauscherplatten der Behalter 71 und 73 sieht man in der Figur nur die Einlass Sammelrohre 87 bzw. 89 und die Auslass-Sammelrohre 91 bzw. 93 für den Wärmetrdger, d.h. hier das Nutzwasser. Die Wärme trEger-Sammelrohre 31 und 91 sind durch eine Leitung 95, und die Sammelrohre 87 und 93 sind durch eine Leitung 97 miteinander so verbunden, dass das Wasser und der Wärmeträger im Gegenstrom geführt sind. Die Sammelrohre 33 und 89 bilden den Auslass bzw. den Einlass für den WErmetrKger. Von den Einblaseinrichtungen der Platten 71 und 73 sieht man in der Figur nur die Spülgas-Eintrittsleitungen 99 bzw. 101, die ebenfalls zu dem schon erwähnten Luftverdichter 49 als Spülgasquelle führen. Auf den Austauscherplatten des Behälters 1 ist eine die Platten entlang verschiebbare mechanische Reinigungseinrichtung 103 für die Austauscherplatten vorgesehen. Das Verschieben kann mittels eines nicht dargestellten Motors erfolgen. Die Reinigungseinrichtung 103 hat Bürsten 105, Schaber oder andere Einrichtungen zum mechanischen Säubern der Plattenoberflächen. Diese Einrichtungen können selbst wieder motorisch antreibbar sein. Entsprechende Reinigungseinrichtungen befinden sich auch in den Behältern 71 und 73. p Der dargestellte Wärmeaustauscher arbeitet wie folgt: Warmes Abwasser strömt in Richtung des Pfeils 107 durch den Abwasser-Eingang 5, das Filter 3 und die Behälter 1, 71, 73 zum Abwasser-Gesamt-Ausgang 77. Als Wärmeträger strömt kaltes Nutzwasser, zum Beispiel Frischwasser, im Gegenstrom in Richtung des Pfeils 109 in und durch die Austauscherplatten und wird dabei erwärmt. Das erwärmte Nutzwasser tritt aus dem WirmetrAger-Auslass-Sammelrohr 31 des ersten Behälters 1 aus. Druckluft wird von dem Luftver dichter 4 9 geliefert und aus den Gasaustrittsöffnungen 45 ausgepresst. Die Luft bestreicht die Austauscherplatten und rührt das gesamte Wasser in den Behältern um, so dass die von dem Filter 3 durchgelassenen Verunreinigungen in der Schwebe gehalten bleiben und mit dem Abwasserstrom aus dem Wasser-Ausgang 77 des Wärmeaustauschers austreten. Falls das Wasserniveau in dem Filterbehälter 57 über ein vorgegebenes Niveau 111 hinaus ansteigt und dadurch ein zu hoher Filterwiderstand angezeigt wird (hier auch erkennbar am Absinken der Temperatur des Nutzwassers), öffnet der Niveaufühler 67 für eine vorgegebene Spülperiode von zum Beispiel 10 Sekunden das Schmutzwasser-Auslassventil 61. Dadurch strömt der in dem Filterbehälter angesammelte Schmutz in eine Schmutzleitung 113 ab, und das Filter 3 wird durch das rückströmende Wasser gereinigt. Der abgespalte Filterbelag wird gleichfalls in die Schmutzleitung 113 gespült. Nach Ablauf der Spülperiode schliesst sich das Ventil 61 wieder, unddas Filter 3 und der Wär.eaustauscher arbeiten wieder normal. Die Schlamm-Auslässe 9 verden Je nach Bedarf kurzzeitig geöffnet. Falls erforderlich. werden die mechanischen Reinigungseinrichtungen 103 hin und wieder in Betrieb genommen.

Claims: Wärmeaustauscher zum Ubertragen von Wärme aus Abwasser A n s p r ü c h e : 1. Wärmeaustauscher zum uebertragen von Wärme aus und zu verschmutztem Wasser, insbesondere Abwasser, mit einem zur Aufnahme des Wassers dienenden Behälter (1), der einen über ein Filter (3) führenden Eingang (5), einen Ausgang (7) und vorzugsweise einen wahlweise zu öffnenden Schlamm-Auslass (9) aufweist, und einer Anzahl von in dem Behälter (1) angeordneten Austausch elementen, die von einem Wärmeträger, insbesondere Nutzwasser oder einem Wärmeträgermedium einer Wärme pumpe oder Kälteanlage bei Funktion der Austauschelemente als Verdampfer,Enthitzer oder Kondensatorteil durchströmbar sind, dadurch gekennzeichnet,dass die Austauschelemente aufreeht stehende Austauscherplatten (13, 15, 17) sind, und dass im unteren Bereich des Behälters eine zum Beaufschlagen der Plattenoberflächen mit einem Spülgas, vorzugsweise Luft, ausgebildete und angeordnete Einblaseinrichtung (35) vorgesehen ist. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinrichtung (35) zum Rühren des gesamten Behälterinhalts ausgelegt und angeordnet ist, und dass das Filter (3) zum Zurückhalten nur gröberer Teilchen ausgelegt ist, die im allgemeinen nicht durch das Ein blasen in der Schwebe gehalten werden können. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einblaseinrichtung (35) Gasverteiler (37, 39, 41, 43) aufweist, die mit Gasaustrittsöffnungen (45) versehen sind. 4. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Austauscherplatten (13, 15, 17) im wesentlichen parallel zueinander mit gegenseitigen Abständen in dem Behälter (1) angeordnet sind. 5. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden AnsprUche, dadurch gekennzeichnet, dass eine wahlweise betätigbare mechanische Reinigungseinrichtung (103) für die Aus tauscherplatten (13, 15, 17) vorgesehen ist. 6. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1) eine Ab deckung (53) und eine Gasableitung (55) aufweist. 7. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Behälter (71, 73) vorgesehen ist, der ebenfalls Austausch elemente in Form von aufrechtstehenden Austauscherplatten und eine Einblaseinrichtung aufweist und mit dem ersten Behälter (1) hinsichtlich des Wassers in Reihe verbunden ist. 8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Austauscherplatten aufeinanderfolgender Behälter hinsichtlich des Wärmeträgers in Reihe verbunden sind, und dass das Wasser und der Wärmeträger im Gegenstrom geführt sind. 9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Behälter (1, 71, 73) aneinandergebaut und durch Öffnungen in den Trennwänden miteinander zu einem durch die Behälter verlaufenden Wasser-Strömungs weg verbunden sind. 10. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (3) öberhalb des Bodens (11) des Behälters (1) angeordnet ist und stromauf an einen Filterbehälter (57) anschliesst, der einen unter halb des Filters (3) liegenden Schmutzwasser-Auslass (61) mit einem wahlweise zu öffnenden Schmutzwasser Auslassventil (63) aufweist. 11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass das Filter (3) in einer Seitenwand (65) des Behälters (1), die eine Trennwand zwischen dem Behälter und dem Filterbehälter (57) bildet, angeordnet ist. 12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterbehälter (57) einen Niveaufühler (67) aufweist und das Rückspülen selbst tätig bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus durch Öffnen des Schmutzwasser-Auslassventils (63) erfolgt. 13. Wärmeaustauscher nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinrichtung mit Luft aus dem Luftraum des Behälters speisbar ist.

Inventors: KLUE, ULRICH, DIPL.-ING., Klüe, Ulrich, Dipl.-Ing.
Applicants: KLUE, ULRICH, DIPL.-ING.
Application year: 1985
Main classification: F28F23
IPC codes: F28G13, F28D1, F28D21