Die Erfindung bezieht sich auf einen Abwasser-Wärmetauscher, welcher in einem Gehäuse mit Zu- und Ablauf für das Abwasser ein im wesentlichen quaderförmiges Paket aus neben- und untereinander parallel verlaufend angeordneten, von einem wärmeaufnehmenden Fluid durchflossenen, zylindrischen Rohren sowie eine Reinigungseinrichtung für die Rohrmäntel aufweist, die oberhalb des Rohrpakets in Längsrichtung der Rohre verschiebbar aufgehängt und ausgehend von einem Träger mit zwischen den Rohren herabhängenden Halteelementen versehen ist, die elastische, die Rohrmäntel überstreichende Lippen tragen.

Ein derartiger Abwasser-Wärmetauscher ist durch die DE102008 001 518 A1 bekannt geworden. Bei diesem werden die die Rohrmäntel überstreichenden und die auf ihnen abgelagerten Schmutzschichten (Biofilme, Sielhäute) abschabenden, im wesentlichen halbkreisförmigen Lippen von gegenüberliegenden Seiten senkrecht zur jeweiligen Rohrachse auf die Rohroberfläche angepresst. Der Anpressdruck der Lippen ist daher in Halbkreismitte am größten, verringert sich aber gegen die Halbkreisenden bis auf Null, wodurch die Abschabwirkung sowohl ungleich als auch unbefriedigend ist. Außerdem weichen die an den Rohren anliegenden Enden der Lippen im Zuge der Hin- und Herbewegung der Reinigungseinrichtung jeweils entgegen der Bewegungsrichtung aus, was ebenfalls die Abschabwirkung beeinträchtigt. Ein weiterer Nachteil des bekannten Abwasser-Wärmetauschers liegt darin, das der Träger der Halteelemente für die Schaberlippen an beiden Seiten des Rohrpakets auf in Längsrichtung der Rohre verlaufenden Schienen mittels Rollen abgestützt ist und einen separaten Antrieb für die Hin- und Herbewegung erfordert. Dieser gesamte Mechanismus befindet sich oberhalb der Wasseroberfläche, da er wegen der beweglichen Teile vor Verschmutzungen geschützt werden muss, und erfordert somit einen relativ hohen Raumbedarf.

Ziel der Erfindung ist daher ein Abwasser-Wärmetauscher, dem die vorstehend angeführten Nachteile nicht anhaften, der also eine zuverlässige und vollständige Reinigung der Rohrmäntel gewährleistet und eine Kompaktbauweise ermöglicht.

Dieses Ziel wird mit einem Abwasser-Wärmetauscher der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass jede Lippe einen zwischen zwei übereinander angeordnete Rohre eingreifenden Finger aufweist und im Halteelement mit einem Anstellwinkel von 5 bis 30° gegenüber der Längsrichtung der Rohre befestigt ist, wobei jeweils benachbarte Finger wenigstens einen halben Rohrmantel umgreifen und die Enden der Finger in die Längsrichtung der Rohre gebogen sind, und dass in jedem Halteelement jeweils zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Lippen befestigt sind, die jeweils seitlich benachbarte Rohre überstreichen, sowie dass der Träger der Halteelemente mit einer einzelnen, in Längsrichtung der Rohre erstreckten Führung in Verbindung steht.

Dadurch, dass die Lippen mit ihren Fingern zwischen die Rohre unter einem Anstellwinkel von 5 bis 30° eingreifen, auf die Rohroberfläche also nicht senkrecht stoßen, schmiegen sie sich im Verwendungszustand an den jeweiligen Rohrmantel in leicht gebogenem Zustand unter Spannung an. Dieser permanente Druck auf die Rohroberfläche ist ein Garant dafür, dass jeglicher Schmutzbelag auf dem Rohrmantel sicher abgestreift wird. Dies wird noch dadurch unterstützt, dass benachbarte Finger wenigstens einen halben Rohrmantel umgreifen, sodass keine Stelle des Rohrmantels verbleibt, die nicht von einem Finger überstrichen worden wäre. Durch die jeweils paarweise in entgegensetzte Richtungen weisenden Lippen stehen die an den Rohrmänteln aufliegenden Finger durch Anpressdruck und Reibung je nach Bewegungsrichtung der Reinigungseinrichtung einmal unter Druck und einmal unter Zug, jedoch stets mit einer bislang nicht erreichbar gewesenen Anpresskraft, die für ein komplettes Abstreifen jeglichen Belags von den Rohren Sorge trägt. Schließlich eröffnet die Verschiebbarkeit der Reinigungseinrichtung, d.h. des Trägers der Halteelemente, auf bloß einer einzigen Führung die Möglichkeit einer kompakten Bauweise, allenfalls auch in Grauwasserumgebung. Die Anfälligkeit für eine Bewegungsblockade der Reinigungseinrichtung ist daher minimiert.

Zwecks einfacher Montage ist es zweckmäßig, dass mehrere Lippen zu einem gemeinsamen Lippenband zusammengefasst sind, wobei der Abstand benachbarter Finger dem 1,25- bis 2,0-fachen Außendurchmesser der Rohre entspricht. Bei diesem von Fingermitte zu Fingermitte gemessenen Abstand ergibt sich nämlich im eigebauten Zustand ein optimales Verwinden und Anschmiegen der elastischen Finger an die Rohroberfläche. Zu demselben Zweck ist es günstig, wenn die Länge der Finger dem 2- bis 3,25-fachen Außendurchmesser der Rohre entspricht. Des weiteren hat es sich für den Abschabvorgang bewährt, wenn die Breite der Finger am freien Fingerende dem 0,25 - bis 1,0 -fachen des Außendurchmessers der Rohre entspricht.

Um die Elastizität und Anschmiegbarkeit der Finger und somit deren Schabwirkung zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn jeder Finger einen Längsschlitz aufweist, dessen Länge dem 0,5- bis 3-fachen und dessen Breite dem 0,05- bis 0,4-fachen des Außendurchmessers der Rohre entspricht. Der Steigerung der Anpassungsfähigkiet der Finger an die Rohroberfläche ist ferner dienlich, wenn jede Lippe am Ansatz des Fingers wenigstens eine Aussparung aufweist.

Zur Befestigung der in entgegengesetzte Richtungen weisenden Lippen bzw. Lippenbänder hat es sich bewährt, dass die Halteelemente Klemmleisten aufweisen, zwischen denen sie aufgenommen sind. Der Austausch abgenützter Lippen bzw. Lippenbänder und Ersatz durch neue ist dadurch sehr vereinfacht.

Von besonderem Vorteil ist der Umstand, dass der Träger der Halteelemente nicht mehr beidseits des Rohrpakets über in Führungsschienen laufende Rollen abgestützt ist, sondern dass die Führung des Trägers der Halteelemente aus einer ortsfesten, drehbar gelagerten Gewindespindel besteht, die eine mit dem Träger verbundene Gewindemutter durchsetzt. Je nach Drehrichtung der Gewindespindel kann der Träger der Halteelemente und somit die Reinigungseinrichtung hin und her längs des Rohrpakets bewegt werden. Die Verankerung des Trägers mit der Gewindemutter auf der Gewindespindel reicht an sich aus, da die zwischen den Rohren herabhängenden Halteelemente im Wege der die Rohre überstreichenden Finger in jeder Bewegungsposition stabilisiert sind. Das Antriebssystem Gewindespindel-Gewindemutter kann sogar ohne Blockierungsgefahr mit Grauwasser in Kontakt kommen und benötigt keine weitere Lagerung. Es ist aber von Vorteil, wenn beidseits der Gewindemutter die Gewindespindel umgebende Gleitlager, vorzugsweise mit Kunststoffgleitschicht, vorgesehen sind. Eine Kunststoffgleitschicht weist nämlich gute Trockenlaufeigenschaften und Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Abwasser auf. Diesfalls ist daher einerseits keine Schmierung der Lager, andererseits keine Abdichtung gegenüber dem Grauwasser erforderlich.

Bei Vorhandensein von Gleitlagern beidseits der Gewindemutter hat sich herausgestellt, dass deren Länge jeweils etwa 1/10 der Rohrlänge betragen sollte. Denn bei üblichen Proportionen von Abwasser-Wärmetauschern mit ca. 2,6 m Länge, 0,82 m und 1,6 m Höhe liegt der Kraftangriffspunkt beim Verschieben des Trägers etwa auf halber Höhe der Halteelemente, für den die Abstützungslänge der Gleitlager somit statisch und dynamisch optimal ist.

Zur Sicherung einer starren Verbindung zwischen dem Träger und den Gleitlagern ist es günstig, wenn jedes Gleitlager mit einer Strebe am Träger abgestützt ist. Zwecksmäßigerweise sollte die Strebe dabei mit dem Gleitlager einen Winkel von etwa 30° einschließen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Abwasser-Wärmetauschers mit entferntem Deckel und entfernter Vorderwand des Gehäuses,

Fig. 2

Draufsicht auf den Abwasser-Wärmetauscher gemäß Fig. 1 mit entferntem Gehäusedeckel,

Fig. 3

Schrägansicht des Abwasser-Wärmetauschers gemäß Fig. 1 und 2 ohne Deckel und Vorderwand,

Fig. 4

Schrägansicht des Abwasser-Wärmetauschers gemäß Fig. 1 und 2 mit Deckel und Vorderwand,

Fig. 5

vergrößertes Detail A von Fig. 1,

Fig. 6

vergrößertes Detail B von Fig. 2,

Fig. 7

Schrägansicht des Details A von Fig. 5,

Fig. 8

vergrößerte Schrägansicht eines Teils der in Fig. 3 ersichtlichen Rohre,

Fig. 9

Draufsicht auf den Ausschnitt eines Lippenbands,

Fig. 10

vergrößertes Detail C von Fig. 1

Der Abwasser-Wärmetauscher 1 gemäß den Fig. 1 bis 4 weist ein Gehäuse 2 mit einem Zulauf 3 (in Fig. 4 sind zwei Anschlüsse des Zulaufs 3 dargestellt) und einen Ablauf 4 für Abwasser auf. Der Ablauf 4 ist vom Bodenbereich des Gehäuses 2, in dem sich auch ein Reinigungsablauf 5 befindet, bis in die Höhe eines Sicherheitsüberlaufs 6 nach oben gezogen.

Im Gehäuse 2 ist ein im Wesentlichen quaderförmiges Paket 7 aus neben- und untereinander parallel verlaufend angeordneten und schlangenförmig verbundenen zylindischen Rohren 8 untergebracht, die von einem wärmeaufnehmenden Fluid, beispielsweise einer Sole, durchflossen sind, das über Fluidanschlüsse 9 zu- bzw. abgeführt wird.

Im Gehäuse 2 ist eine Reinigungseinrichtung für die Mäntel der Rohre 8 vorgesehen. Diese ist oberhalb des Rohrpakets 7 in Längsrichtung der Rohre 8 verschiebbar aufgehängt und weist ausgehend von einem Träger 10 zwischen den Rohren 8 herabhängende Halteelemente 11 auf, die elastische, die Rohrmäntel überstreichende Lippen 12 tragen.

Die verschiebbare Aufhängung wird durch eine einzelne, in Längsrichtung der Rohre 8 erstreckte Führung in Form einer ortsfesten, drehbar gelagerten, mit einem Antrieb 13 versehenen Gewindespindel 14 und eine diese umgreifende, mit dem Träger 10 verbundene Gewindemutter 15 gewährleistet (siehe insbesondere Fig. 10). Die Gewindespindel 14 ist beispielsweise mit einem Bewegungsgewinde, vorzugsweise ein Trapezgewinde, versehen. Wie aus den Fig. 5 bis 9 hervorgeht, weist jede Lippe 12 einen zwischen zwei übereinander angeordnete Rohre 8 eingreifenden Finger 16 auf und ist im Halteelement 11 mit einem Anstellwinkel α von 5 bis 30° gegenüber der Längsrichtung der Rohre 8 befestigt. Dabei umgreifen jeweils benachbarte Finger 16 wenigstens einen halben Rohrmantel und die Enden der Finger 16 sind in Längsrichtung der Rohre 8 gebogen. Dies geht am deutlichsten aus Fig. 6 hervor: ohne Kontakt mit den Rohren 8 würden die Lippen 12 samt Fingern 16 die strichlierte Position einnehmen; im Kontakt mit den Rohren 8 sind sie jedoch an diese unter Spannung mit einer Verwindung angeschmiegt. Dies ist der wesentliche Vorteil und Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik, da damit eine optimale Abschabwirkung auf die die Rohrmäntel überziehenden Schmutzbeläge erzielt wird. In jedem Halteelement 11 sind jeweils zwei in entgegengesetzte Richtungen weisende Lippen 12 befestigt, die jeweils seitlich benachbarte Rohre 8 überstreichen, was am deutlichsten aus Fig. 6 und 8 hervorgeht. Da die Finger 16 jeweils mindestens einen halben Rohrumfang umgreifen, wird jedes Rohr 8 bei einer Hin- und Herbewegung der Reinigungseinrichtung vollständig abgeschabt, wobei die Finger 16 je nach Bewegungsrichtung einmal etwas gestaucht, einmal etwas gestreckt werden: dh einmal wird ihr Krümmungsbogen verkleinert, einmal wird er verlängert. Bei jeder Bewegungsrichtung ist aber ein sattes Anliegen der Lippen 12 und Finger 16 an der jeweiligen Rohroberfläche und damit ein sicheres Abschaben jeglichen Belags gewährleistet.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich, können mehrere Lippen 12 zu einem gemeinsamen Lippenband 17 zusammengefasst sein, was die Montage und Demontage kostengünstig vereinfacht. Die Lippen 12 und Lippenbänder 17 bestehen aus einem elastischen Material, beispielsweise PE oder PP, mit für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneter Wärme- und Korrosionsbeständigkeit. In Versuchen hat sich als günstig erwiesen, den Abstand a benachbarter Finger 16 mit dem 1,25 bis 2,10-fachen des Außendurchmessers der Rohre 8 zu bemessen. Für die Länge l der Finger 16 hat sich das 2- bis 3, 25-fache des Außendurchmessers der Rohre 8 bewährt. Für die Breite b der Finger 16 am freien Fingerende hat sich ein Optimum beim 0,25- bis 1,0-fachen des Außendurchmessers der Rohre 8 ergeben.

Damit sich die Finger 16 zwischen untereinander benachbarten Rohren 8 gut anschmiegen können, ohne dass sie sich verklemmen, sind sie mit einem ihre Biegsamkeit fördernden Längsschlitz 18 versehen, dessen Länge dem 0,5- bis 3,0-fachen und dessen Breite dem 0,05- bis 0,4-fachen des Außendurchmessers der Rohe 8 entspricht. Zur Erhöhung der Flexibilität weist jede Lippe 12 am Ansatz des Fingers 16 wenigstens eine Aussparung 19 auf. In den Fig. 5,7 und 9 sind jeweils zwei derartige Aussparungen 19 veranschaulicht.

Wie der Fig. 6 und 8 zu entnehmen ist, weist jedes Halteelement 11 Klemmleisten 20 auf, zwischen denen die in entgegensetzte Richtungen weisenden Lippen 12 bzw. Lippenbänder 17 aufgenommen sind. Der Austausch abgenützter Lippen 12 bzw. Lippenbänder 17 kann somit in äußerst rationeller Weise erfolgen.

Obzwar die Gewindemutter 15 für die Führung des Trägers 10 der Haltelemente 11 auf der Gewindespindel 14 ausreicht, ist es günstiger, beidseits der Gewindemutter 15 Gleitlager 21 vorzusehen, die die Reinigungseinrichtung bei der Hin- und Herbewegung auf der Gewindespindel 14 besser abstützen. Denn der Angriffspunkt der resultierenden Kraft auf den Träger 10 und die Halteelemente 11 befindet sich etwa in halber Höhe des Gehäuses 2, weshalb ein von den Gleitlagern 21 und der Gewindemutter 15 aufzunehmendes Drehmoment entsteht. Vorzugsweise sind die Gleitlager 21 mit einer Kunststoffschicht versehen, die gegen Chemikalien beständig ist, sodass einerseits keine separate Schmierung erforderlich ist, andererseits die gesamte Bewegungseinheit (Gewindespindel 14, Gewindemutter 15, Gleitlager 21) durchaus mit dem Abwasser in Berührung kommen kann.

Aufgrund der Erfahrungen mit einem Prototyp beträgt die Längsausdehnung jedes Gleitlagers 21 etwa 1/10 der Länge der Rohre 8. Um die Befestigung der Gleitlager 21 an der Gewindemutter 15 zu unterstützen, sind beide am Träger 10 jeweils mit einer Strebe 22 abgestützt, wobei es empfehlenswert ist, wenn jede Strebe 22 mit dem zugehörigen Gleitlager 21 einen Winkel von etwa 30° einschließt.

Im Betrieb tritt warmes bzw. heißes Abwasser durch den Zulauf 3 in das Gehäuse 2 ein, umströmt die Rohre 8 des Rohrpakets 7 und tritt als kaltes Abwasser durch den Ablauf 4 aus; im Falle irgendeiner Verstopfung kann es auch durch den Sicherheitsüberlauf 6 austreten. Das durch die Rohre 8 strömende Fluid nimmt die Wärme des Abwassers auf und gibt sie im Wege der Fluidansschlüsse 9 an die Nutzeinrichtung ab. Je nach Verschmutzungsgrad des Abwassers wird die Reinigungseinrichtung in gewissen Abständen über den Antrieb 13 in Betrieb genommen, indem die Gewindespindel 14 in Drehung versetzt wird und sich die Gewindemutter 15 samt dem daran befestigten Träger 10 mit Halteelementen 11 und Lippen 12 (bzw. Lippenbänder 17) abhängig von der Drehrichtung hin- und herbewegt. Die die Rohrmäntel umgreifenden Finger 16 sind dabei einmal einer Zug- einmal einer Schubbeanspruchung ausgesetzt und schaben die Rohroberflächen verlässlich ab. Die abgeschabten, zu Boden sinkenden Rohrbeläge werden durch den Reinigungsablauf 5 abgeführt.

Ein erfindungsgemäßer Abwasser-Wärmetauscher kann beispielsweise nachstehende Daten aufweisen:

• Dimension: 2,6 m x 0,82 m x 1,6m
• Nominelle Wärmetauscherfläche: 32 m²
• Abwassermenge: 2-15 m³/h
• Abwassertemperatur: 10-100°C
• Leistung: 10-200kW

Bei dieser Größenordnung kann das Gehäuse 2 aus Kunststoff bestehen. Größere Module werden üblicherweise in Betonbehältern untergebracht. Es ist selbstverständlich möglich, mehrere Module zu kombinieren oder in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen. Wesentlich dabei ist, dass die Aufhängung der Reinigungseinrichtung mittels Gewindemutter auf einer Gewindespindel erfolgt, deren Antrieb sich außerhalb des Gehäuses befindet, und dass zum Abschaben der Rohrmäntel schräg zur Rohrachse angestellte, elastische Lippen vorgesehen sind, deren Finger die Rohrmäntel umgreifen.

• 1 Abwasser-Wärmetauscher
• 2 Gehäuse
• 3 Zulauf
• 4 Ablauf
• 5 Reinigungsablauf
• 6 Sicherheitsüberlauf
• 7 Rohrpaket
• 8 Rohr
• 9 Fluidanschluss
• 10 Träger
• 11 Halteelement
• 12 Lippe
• 13 Antrieb (von 14)
• 14 Gewindespindel
• 15 Gewindemutter
• 16 Finger
• 17 Lippenband
• 18 Längsschlitz
• 19 Aussparung
• 20 Klemmleiste
• 21 Gleitlager
• 22 Strebe