DE102017101682A1

DE102017101682A1 - Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage und dazugehöriges Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen

Info

Publication number: DE102017101682A1
Application number: DE102017101682.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Fenske; Uwe Kläger; Ullrich Spevacek
Original assignee: Zentrum Zur Foerderung Eingebetteter Systeme E V Zesys E V; Zentrum Zur Forderung Eingebetteter Systeme EV (zesys EV)
Current assignee: Zentrum Zur Foerderung Eingebetteter Systeme E V Zesys E V; Zentrum Zur Forderung Eingebetteter Systeme EV (zesys EV)
Priority date: 2017-01-28
Filing date: 2017-01-28
Publication date: 2018-08-02
Also published as: DE112018000552A5; WO2018137737A1

Abstract

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zu schaffen, um in bestehenden offenen Fluidanlagen, wie z. B. in Brunnenanlagen oder offenen, rohrförmigen Behältern vorhandene Verockerungen, Inkrustationen, Ablagerungen und Biofilme in den Anlagenteilen sicher und kostengünstig zu beseitigen und aus den Anlagenteilen nach außerhalb der Anlage zu entsorgen.Die Brunnenreinigungsanlage besteht aus einem, dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepassten, runden Reinigungskopf (1) mit am Außenumfang angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen (2), weiter einer darüber angeordneten und mit dem Reinigungskopf (1) mechanisch verbundenen Schmutzwasserpumpe (3), deren Ansaugöffnung mittig innerhalb einer Abschirmhaube (4) liegt und eine Schmutzwasserabführung (5) zu einem externen Auffangbehälter besitzt und diese Abschirmhaube (4) zum Reinigungskopf (1) einen umlaufenden Absaugspalt (6) besitzt und die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) des Reinigungskopfes (1) über eine Hochdruckleitung (7) mit einer externen Hochdruckpumpe (13) verbunden sind und unterhalb des Reinigungskopfes (1) ein Videokopf (8) und weiter darunter ein dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepassten Auffangsiebkorb (9) angeordnet sind, wobei von den entsprechenden Bauteilen, wie z. B. Schmutzwasserpumpe (3), Energieversorgungs- und Steuerleitungen zu einem externen Schaltpult außerhalb des Brunnens bzw. der zu reinigenden Anlage geführt sind.Beim Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen wird der Reinigungskopf (1) über ein Seil in den Brunnenschacht abgelassen. Anschließend werden die Hochdruckpumpe 13 und die Schmutzwasserpumpe 3 gleichzeitig in Betrieb gesetzt und damit auch die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 aktiviert. Eine Absaugung der abgetragenen Verunreinigungen und Partikel direkt im Bereich der Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 erfolgt durch die Schmutzwasserabsaugung 6. Nur große und schwere Partikel fallen in Richtung Auffangsiebkorb 9 ab und werden vom Auffangsiebkorb 9 aufgefangen.

Description

Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage und dazugehöriges Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern mittels einer Kombination von Hochdruckwasserstrahltechnik, Ultraschall und Kavitation.
In der Schrift WO 9402422 wird ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur Beeinflussung von Wasser bzw. der in Wasser gelösten Substanzen, vorzugsweise von Kalziumkarbonat, beschrieben. Dabei wird in das Wasser elektromagnetische Energie, vorzugsweise elektromagnetische Wellen im Mikrowellenfrequenzbereich eingetragen. Sie werden mit einer entsprechenden Apparatur in die Flüssigkeit eingekoppelt. Gleichzeitig wird die Wirkung des elektromagnetischen Wellengenerators und der Durchfluss der Flüssigkeit gemessen und kontrolliert.
In der Schrift WO 0125152 wird ein Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung zur kostengünstigen Entfernung von vorhandenen Kalk- und Rostablagerungen und anderen Inkrustationen in Wasserleitungsrohren und anderen Wasseranlagenteilen beschrieben. Hierzu wird ein spezielles gläsernes Erregergefäß benutzt, an dessen Boden ein Magnetron angeordnet ist, das Mikrowellen in das Innere des Erregergefäßes abstrahlt. Durch die besondere Gestaltung eines im oberen Bereich des Erregergefäßes angeordneten Metallrohres wird im Betrieb der Vorrichtung eine Wasserdampfglocke erzeugt. Entstehende Gasbläschen werden über die Rohre in das zu reinigende Rohrsystem geführt und bedingen dort einen Abbau der Inkrustationen.
Ein weiteres Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung zur Behandlung von Wasser durch pulsierende elektromagnetische Strahlung ist in der EP 0338697 dargelegt. Bei diesem Verfahren wird durch elektromagnetische Signale das sogenannte Absorptions/Emissions-Profil der Flüssigkeit ermittelt. In die Flüssigkeit werden elektromagnetische Signale zwischen 0,1 kHz bis zu 1000 MHz über an der Wandung des Flüssigkeitssystem angeordneten Zündkerzen kontinuierlich oder intermittierend eingebracht.
In der DE 3920046 werden für die innere Rohrreinigung intermittierende Druckstöße eines pulsierenden Wasser-Luft-Gemisches genutzt.
In einer weiteren Schrift, der DE 38 07 876 wird eine Vorrichtung zur Entkalkung von Wasser durch Turbulenzerzeugung beschrieben, die durch eine variable Drosselstelle, die unter dem Einfluss der Durchströmmenge und einer Gegenkraft eine solche Stellung einnimmt, dass sich hinter der Drosselstelle unabhängig von der Durchströmmenge eine turbulente Strömung ergibt, die eine Kavitation verursacht.
Die Erfindung nach DE 41 07 708 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Wasser gegen Kalkablagerung durch Kavitation und ein elektrisches Wechselfeld. Eine Kavitationskammer liegt in Strömungsrichtung des Wassers vor einem Behandlungsraum, in dem Elektroden angeordnet sind. Der von einem Wasserzufluss in die Kavitationskammer fließende Wasserstrom wird durch einen in Abhängigkeit vom Wasserdurchfluss arbeitenden Injektor geleitet, der Kavitation verursacht und damit Zonen im zu behandelnden Wasser bildet, in denen der Druck deutlich unter den Umgebungsdruck sinkt. Ein mittlerer Dichtungskörper des Injektors wird durch den Wasserstrom gegen die Vorspannung einer Vorspannungsfeder in axialer Richtung gedrückt. Durch den sich öffnenden Spalt wird die Kavitation erzeugt. Eine Hall-Sensor-Anordnung bildet einen Strömungswächter, der ein elektrisches Signal liefert, welches einer elektrischen Steuereinheit zugeführt wird, die daraufhin Wechselstromimpulse den Elektroden anlegt. Die Elektroden sind zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Vorrichtung bzw. zur Reduzierung der erforderlichen Spannung mit einer unregelmäßigen Oberflächenstruktur, z. B. noppenartigen Vorsprüngen versehen.
Alle diese Verfahren und dazugehörigen Vorrichtungen können jedoch keine in den Wasseranlagen fest abgelagerten Inkrustationen beseitigen. Die meisten Verfahren und Vorrichtungen können bestenfalls den Ansatz bzw. das Wachstum der Ablagerungen in den Wasseranlagen vermindern. Außerdem sind die bekannten Geräte zur Beseitigung von Inkrustationen nicht für den mobilen Einsatz geeignet.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Einrichtung und ein dazugehöriges Verfahren zu schaffen, um in bestehenden offenen Fluidanlagen, wie z. B. in Brunnenanlagen oder offenen, rohrförmigen Behältern vorhandene Verockerungen, Inkrustationen, Ablagerungen und Biofilme in den Anlagenteilen sicher und kostengünstig zu beseitigen und aus den Anlagenteilen nach außerhalb der Anlage zu entsorgen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung sind in den Ansprüchen 1 bis 5 beschrieben. Die Ansprüche 6 und 7 beschreiben das Verfahren bzw. eine Verfahrensvariante. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 beschreibt die mechanische Verbindung zwischen Schmutzwasserpumpe und der Abschirmhaube bzw. des Reinigungskopfes mit einem Flansch. Damit ist ein leichter Austausch der Abschirmhaube und des Reinigungskopfes möglich, der sich durch größere oder kleinere Durchmesser bei den zu reinigenden Anlagen erforderlich macht.
Nach Anspruch 3 besteht der Reinigungskopf aus einem Teil, wobei die Hochdruckwasserzufuhr vorteilhaft von oben mittig in den Reinigungskopf erfolgt und zu den einzelnen, am Außenrand angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen Verbindungskanäle bestehen. Es kann jedoch auch eine exzentrische Speisung der Hochdruckwasserzufuhr erfolgen. Durch diese kompakte Bauweise verteuert sich zwar der Herstellungsaufwand, aber die Lebensdauer und Qualität des Reinigungskopfes erhöht sich gegenüber einem Reinigungskopf, der aus mehreren Bauteilen besteht.
Bei der Weiterbildung nach Anspruch 4 sind der Reinigungskopf und die Abschirmhaube als auswechselbare Teile der Brunnenreinigungsanlage optimal eine dem Innendurchmesser der zu reinigenden Anlage angepasste Größe austauschbar. Die Abschirmhaube kann mit besonders gestalteten Leitblechen versehen werden, die eine verstärkte Schmutzwasserabsaugung um die Kavitations- und Hochdruckdüsen bzw. aus dem Schlitzbrückenfilter ermöglicht.
Nach Anspruch 5 besitzt der Auffangsiebkorb am oberen Rand ein im Durchmesser veränderbares Abdichtelement. Mit der möglichen Veränderung des Durchmessers kann auf unterschiedliche Durchmesser der zu reinigenden Anlage reagiert werden. Mit diesem Abdichtelement wird der Spalt zwischen Auffangsiebkorb und Innenwand der zu reinigenden Anlagenteile verringert und die abgearbeiteten Verunreinigungen fallen in den Auffangsiebkorb und nicht durch den Spalt in Richtung Boden der zu reinigenden Anlage.
Das Verfahren zur Reinigung von offenen Fluidsystemen insbesondere von Brunnenanlagen wird in Anspruch 6 beschrieben. Bei der Variante des Verfahrens nach Anspruch 7 wird das abgesaugte Schmutzwasser außerhalb der Brunnenanlage gefiltert und der Hochdruckpumpe zugeführt. Somit wird ein Kreislauf des Wassers währen der Reinigung ermöglicht.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt schematisch den Aufbau der Reinigungsanlage in einem Brunnen.
Die hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage eignet sich zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern. Die Reinigungsanlage besteht aus einem, dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepassten, z.B. runden Reinigungskopf 1 mit am Außenumfang angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen 2. Der Reinigungskopf 1 ist vorteilhaft der Form des Brunnens bzw. des zu reinigenden Behälters angepasst und kann deshalb rechteckige oder polyedrische Querschnitte besitzen. Vorteilhaft besteht der Reinigungskopf 1 aus einem Teil. Die Hochdruckwasserzufuhr 7 erfolgt über eine Hochdruckleitung 7 von oben mittig in den Reinigungskopf 1. Über sternförmig angeordnete Kanäle erfolgt die Hochdruckwasserzufuhr 7 zu den am Außenumfang angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen 2, die vorteilhaft abwechselnd in zwei Ebenen angeordnet sind. Über dem Reinigungskopf 1liegt eine Schmutzwasserpumpe 3, deren Ansaugöffnung mittig innerhalb einer Abschirmhaube 4 liegt. Die Schmutzwasserpumpe 3 ist mechanisch über einen Flansch 10 mit der Abschirmhaube 4 und dem Reinigungskopf 1 verbunden. Dadurch lässt sich die Abschirmhaube 4 und der Reinigungskopf 1 leicht von der Schmutzwasserpumpe 3 trennen und durch eine im Durchmesser größere oder kleinere Ausführung austauschen. Dies richtet sich nach der zu reinigenden Anlagengröße oder bei der Abnutzung der Kavitations- und Hochdruckdüsen 2.
Von der Schmutzwasserpumpe 3 führt eine Schmutzwasserabführung 5 zu einem externen Auffangbehälter oder in einer Variante der Reinigungsanlage kann das abgesaugte Schmutzwasser außerhalb der Brunnenanlage gefiltert werden und danach der Hochdruckpumpe 13 zugeführt werden und somit ein Kreislauf des Wassers währen des Reinigungsvorganges ermöglicht werden.
Die Abschirmhaube 4 besitzt zum Reinigungskopf 1 einen umlaufenden Absaugspalt 6.
Die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) des Reinigungskopfes (1) erhalten über die Hochdruckleitung 7 das Reinigungswasser von einer externen Hochdruckpumpe 13. Unterhalb des Reinigungskopfes lund mit diesem direkt verbunden, ist ein Videokopf 8 und weiter darunter ein dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepasster Auffangsiebkorb 9 angeordnet. Von den entsprechenden Bauteilen, wie z. B. Schmutzwasserpumpe 3 oder Videokopf 8 sind Energieversorgungs- und Steuerleitungen zu einem externen Schaltpult außerhalb des Brunnens bzw. der zu reinigenden Anlage geführt.
Der Reinigungskopf 1 und die Abschirmhaube 4 besitzen als auswechselbare Teile der Brunnenreinigungsanlage eine dem Innendurchmesser der zu reinigenden Anlage angepasste Größe besitzt. Die Abschirmhaube kann in einer Variante mit besonders gestalteten, auswechselbaren Leitblechen versehen sein. Hierdurch die Absaugung des Schmutzwasser um die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 und aus dem Schlitzbrückenfilter verstärkt werden.
Am oberen Rand des Auffangsiebkorbes 9 ist vorteilhaft ein im Durchmesser veränderbares Abdichtelement 11 angeordnet. Dadurch kann der Spalt zwischen zu reinigender Fläche und Auffangsiebkorb 9 minimiert werden und größere bei der Reinigung abgetragene Stücken werden sicher im Auffangsiebkorb 9 aufgefangen.
Das Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern erfolgt in folgenden Schritten. Der Reinigungskopf 1 wird über ein Seil oder eine starre Verbindung in den Brunnenschacht oder Behälter bis zu dem Punkt abgelassen, wo der Videokopf 8 den Übergang vom Brunnenrohr zum Schlitzbrückenfilter 12 oder eine zu reinigende Fläche ermittelt und der Reinigungskopf 1 mit den Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 sich gegenüber der zu reinigenden Fläche befindet. Anschließend werden die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 so ausgerichtet, dass die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 senkrecht auf die zu reinigende Fläche oder in einem definierten Winkel zur zu reinigenden Fläche gerichtet sind und sich die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 in einem optimalen Abstand zur zu reinigenden Fläche befinden. Die Hochdruckpumpe 13 und die Schmutzwasserpumpe 3werden gleichzeitig in Betrieb gesetzt und damit auch die Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 aktiviert. Der Reinigungsprozess wird somit in Gang gesetzt. Eine Absaugung der abgetragenen Verunreinigungen und Partikel direkt im Bereich der Kavitations- und Hochdruckdüsen 2 erfolgt durch die Schmutzwasserabsaugung 6. Dies wird durch die Formgebung der Abschirmhaube 4 mit dem rundumlaufenden Absaugspalt 6 unterstützt. Nur große und schwere Partikel fallen in Richtung Auffangsiebkorb 9 ab und werden vom Auffangsiebkorb 9 aufgefangen. Die Menge der Schmutzwasserabführung 5 entspricht vorteilhaft mindestens der Hochdruckwassermenge.
Mit dem Videokopf 8 lässt sich das Ergebnis der Reinigung bereits während der Reinigung verfolgen bzw. kann durch das Verfahren des Videokopfes 8 eine Überprüfung vorgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1 -: Reinigungskopf
2 -: Kavitations- und Hochdruckdüsen
3 -: Schmutzwasserpumpe
4 -: Abschirmhaube
5 -: Schmutzwasserabführung
6 -: Absaugspalt, Schmutzwasserabsaugung
7 -: Hochdruckleitung, Hochdruckwasserzufuhr
8 -: Videokopf
9 -: Auffangsiebkorb
10 -: Flansch
11 -: Abdichtelement
12 -: Schlitzbrückenfilter
13 -: Hochdruckpumpe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 9402422 [0002]
WO 0125152 [0003]
EP 0338697 [0004]
DE 3920046 [0005]
DE 3807876 [0006]
DE 4107708 A1 [0007]

Claims

Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern, dadurch gekennzeichnet, dass die Brunnenreinigungsanlage aus einem, dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepassten, z. B. runden Reinigungskopf (1) mit am Außenumfang angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) besteht, weiter einer darüber angeordneten und mit dem Reinigungskopf (1) mechanisch verbundenen Schmutzwasserpumpe (3), deren Ansaugöffnung mittig innerhalb einer Abschirmhaube (4) liegt und eine Schmutzwasserabführung (5) zu einem externen Auffangbehälter besitzt und diese Abschirmhaube (4) zum Reinigungskopf (1) einen umlaufenden Absaugspalt (6) besitzt und die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) des Reinigungskopfes (1) über eine Hochdruckleitung (7) mit einer externen Hochdruckpumpe (13) verbunden sind und unterhalb des Reinigungskopfes (1) ein Videokopf (8) und weiter darunter ein dem Durchmesser des Brunnens bzw. Behälters angepassten Auffangsiebkorb (9) angeordnet sind , wobei von den entsprechenden Bauteilen, wie z. B. Schmutzwasserpumpe (3), Energieversorgungs- und Steuerleitungen zu einem externen Schaltpult außerhalb des Brunnens bzw. der zu reinigenden Anlage geführt sind.
Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Verbindung zwischen Schmutzwasserpumpe (3) und der Abschirmhaube (4) bzw. Reinigungskopf (1) mit einem Flansch (10) erfolgt.
Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskopf (1) aus einem Teil besteht, wobei die Hochdruckwasserzufuhr (7) von oben mittig in den Reinigungskopf (1) erfolgt und zu den einzelnen, am Außenrand angeordneten Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) Verbindungskanäle bestehen.
Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskopf (1) und die Abschirmhaube (4) als auswechselbare Teile der Brunnenreinigungsanlage eine dem Innendurchmesser der zu reinigenden Anlage angepasste Größe besitzt, wobei die Abschirmhaube mit besonders gestalteten, auswechselbaren Leitblechen versehen ist.
Hydrodynamische Brunnenreinigungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Rand des Auffangsiebkorbes (9) ein im Durchmesser veränderbares Abdichtelement (11) angeordnet ist.
Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern unter Nutzung der Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskopf (1) über ein Seil oder eine starre Verbindung in den Brunnenschacht oder Behälter bis zu dem Punkt abgelassen wird, wo der Videokopf (8) den Übergang vom Brunnenrohr zum Schlitzbrückenfilter (12) oder eine zu reinigende Fläche ermittelt und der Reinigungskopf (1) mit den Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) sich gegenüber der zu reinigenden Fläche befindet, - anschließend werden die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) so ausgerichtet, dass die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) senkrecht auf die zu reinigende Fläche oder in einem definierten Winkel zur zu reinigenden Fläche gerichtet sind und sich die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) in einem optimalen Abstand zur zu reinigenden Fläche befinden, - anschließend werden die Hochdruckpumpe (13) und die Schmutzwasserpumpe (3) in Betrieb gesetzt und damit auch die Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) aktiviert und somit der Reinigungsprozess in Gang gesetzt, wobei eine Absaugung der abgetragenen Verunreinigungen und Partikel direkt im Bereich der Kavitations- und Hochdruckdüsen (2) durch die Schmutzwasserabsaugung (6), unterstützt durch die Formgebung der Abschirmhaube (4) mit dem rundumlaufenden Absaugspalt (6), erfolgt und nur große und schwere Partikel in Richtung Auffangsiebkorb (9) abfallen und vom Auffangsiebkorb (9) aufgefangen werden und die Menge der Schmutzwasserabführung (5) mindestens der Hochdruckwassermenge entspricht.
Verfahren zur Reinigung von Brunnenanlagen und offenen, rohrförmigen Behältern nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das abgesaugte Schmutzwasser außerhalb der Brunnenanlage gefiltert und der Hochdruckpumpe (13) zugeführt wird und somit ein Kreislauf des Wassers währen der Reinigung ermöglicht wird.