DE3907852A1 - Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung von waermeenergie aus verschmutztem wasser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3.

In den schwedischen Patentanmeldungen 77 06 927-6, 79 08 805-0 und 81 05 501-4 sind Systeme beschrieben, in denen ein Wärmetauscher der gattungsgemäßen Art verwendet wird. Dabei handelt es sich jedoch um vollständig offene Systeme. Damit ein in einem derartigen System enthaltener Wärmetauscher arbeiten kann, muß er bis zum richtigen Pegel in die durch das verschmutzte Wasser oder Meer/Seewasser gebildete Flüssigkeit eingetaucht werden, welche die zylindrischen Felder umgibt. Ist dies nicht möglich, so müssen Überlauf­ rohre oder Wasserabläufe verwendet werden, um den Flüssig­ keitspegel im Wärmetauscher auf dem richtigen Pegel zu halten. Dies ist mit einem großen Nachteil verbunden, da für das Einbringen und die Aufrichtung des Wärmetauschers bestimmte Grenzen einzuhalten sind, was wiederum zu großen Schwierigkeiten in der Ausnutzung des verfügbaren Raumes beim Einpassen des Wärmetauschers in das System führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, den Wärmetauscher an geeigneter Stelle in das System einzusetzen, ohne daß dabei wie in einem offenen System der Flüssigkeitspegel berücksichtigt werden muß.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch die Merkmale des kennzeich­ nenden Teils des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 3 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand entsprechender Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines erfindungsge­ mäßen Wärmetauschers; und

Fig. 2 zylindrisch geformte Wärmetauscherfelder, welche ohne Beziehung zum Rest des Wärmetauschers darge­ stellt sind.

In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 konzentrisch angeordnete hohle zylindrische Felder, welche Seite an Seite stehen. Diese Felder können in konventionel­ ler Weise aus schraubenförmig ausgerichteten Rohren oder zwei wechselweise miteinander verbundenen Rohren hergestellt werden. In das äußerste Feld 1 fließt ein erstes Strömungs­ mittel und sodann über Rohrkrümmer 5 in das Feld 2. Aus diesen fließt das Strömungsmittel über Rohrkrümmer 6 in das Feld 3 und von diesem über Rohrkrümmer 7 in das zentrale Feld 4. Das erste Strömungsmittel verläßt dieses Feld über einen Auslaß 8. Gemäß Fig. 2 fließt das Strömungsmittel parallel von der Außenseite nach innen zum Zentrum des Wärmetauschers.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher besitzt weiterhin ein oben und unten geschlossenes Gehäuse 7, das an seiner Unterseite eine durch eine Trennwand 11 begrenzte Sammelkam­ mer 10 aufweist. Diese Wand trägt die zylindrischen Felder 1 bis 4 und ist mit einer Einlaßöffnung 12 versehen, welche zum Inneren des zentralen Feldes 4 führt. Mit der unteren Endwand des Gehäuses 9 ist ein Rohr 13 für verschmutztes Wasser oder Meer/Seewasser verbunden. Für dieses Wasser ist an der Wand des Gehäuses ein Auslaßrohr 14 vorgesehen, dessen Verbindungsstelle unterhalb eines Pegels 20 der Flüssigkeit liegen muß, wie dies im folgenden noch erläutert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt die Verbin­ dungsstelle unmittelbar oberhalb der Zwischenwand 11.

Die Oberseiten der Felder 1 bis 4 besitzen eine gemein­ schaftliche Höhe, oberhalb derer ein auf einer Welle 16 montierter Trägerarm 15 vorgesehen ist. Die Welle ist an ihrem unteren Ende in geeigneter Weise auf der Zwischenwand 11 gelagert und oben an der oberen Endwand des Gehäuses 9 in nicht im einzelnen dargestellter Weise dicht montiert. Die Welle 16 wird durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Der Trägerarm 15 trägt vertikal verlaufende Reinigungsarme 18, welche zwischen den Feldern 1 bis 4 angeordnet sind. Diese Reinigungsarme sind mit Bürsten (mit 18 a bezeichnet) zur Reinigung der Oberflächen der Felder 1 bis 4 versehen, was der Fall ist, wenn der Trägerarm durch den Motor 17 in Drehung versetzt wird.

Das durch die Einlaßöffnungen 12 eintretende verschmutzte Wasser oder Meer/Seewasser strömt vom Raum innerhalb des zentralen Feldes 4 durch langgestreckte Öffnungen 19 in den Feldern nach außen (siehe Fig. 2). Die Strömungsgeschwindig­ keit in diesen Öffnungen 19, d.h., die Verweilzeit des verschmutzten Wassers bzw. des Meer/Seewassers zwischen benachbarten Feldern ist sowohl durch die Weite der Öffnun­ gen 19 als auch durch die Strömungsmenge festgelegt. Für die Funktion des Wärmetauschers ist es erforderlich, daß der Flüssigkeitspegel im Gehäuse 9 nicht über die Oberseiten der Felder 1 bis 4 ansteigt. Sollte ein Überlauf über die Feldoberseiten auftreten, so tritt eine unkontrollierte Funktionsfolge auf, so daß der Wärmetauscher nicht mehr funktioniert. Es ist daher sehr wichtig, daß die Oberfläche 20 des verschmutzten Wassers bzw. des Meer/Seewassers unter den Oberseiten der Felder 1 bis 4 liegt. Für eine optimale Funktionsweise muß natürlich die größtmögliche Oberfläche des Wärmetauschers ausgenutzt werden, so daß der Flüssig­ keitspegel nicht zu tief liegen sollte. Ein praktisch konstanter Pegel unmittelbar unter den Oberseiten der Felder ist jedoch zweckmäßig. Um dies zu ermöglichen, sollte das Gasvolumen oberhalb des Flüssigkeitspegels 20 für einen gegebenen Wärmetauscher so konstant wie möglich gehalten werden. Zu diesem Zweck ist ein Kessel 21 so angeordnet, daß dessen Inneres mit dem verschmutzten Wasser bzw. dem Meer/Seewasser über ein Rohr 22 und mit dem Gasvolumen oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche über ein Rohr 23 in Verbindung steht. Der Flüssigkeitspegel in diesem Kessel 21 ist daher der gleiche wie derjenige im Wärmetauscher. Die obere und die untere Grenze für den Flüssigkeitspegel im Kessel 21 wird in geeigneter Weise erfaßt, wie dies bei­ spielsweise schematisch durch Sensorkörper 24 dargestellt ist. Der Kessel 21 und die Sensorkörper 24 können als Regeleinrichtung angesehen werden, welche durch Signale, die den durch die Körper 24 erfaßten Werte entsprechen, eine Gaspumpe bzw. einen Kompressor 25 betätigen. Steigt der Pegel im Kessel 21 und damit im Wärmetauscher über einen vorgegebenen erfaßten Wert, so liefert die Gaspumpe Gas, beispielsweise Luft in den Raum oberhalb der Flüssigkeits­ oberfläche, die dadurch niedrig gehalten wird. Das Volumen oberhalb der Oberfläche wird praktisch konstant gehalten. Fällt die Flüssigkeitsoberfläche 20 über einen vorgegebenen erfaßten Pegel, so wird Gas aus dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche über die Gaspumpe oder ein nicht dargestelltes Ventil abgeführt. Ist im System, in dem der Wärmetauscher arbeitet, ein Unterdruck vorhanden, so evakuiert die Gaspumpe Gas aus dem Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche, wenn diese Oberfläche unter einen gegebenen Pegel fällt. Sollte die Oberfläche über einen gegebenen Pegel steigen, so leitet die Pumpe 25 oder ein nicht dargestelltes Ventil Gas in den Raum ein, wodurch der Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche praktisch konstant gehalten wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Wärmeenergie aus ver­ schmutztem Wasser oder Meer/Seewasser unter Verwendung eines Wärmetauschers in Form von zylindrischen hohlen Feldern (1 bis 4), die aufrechtstehend, beabstandet voneinander und konzentrisch zueinander angeordnet und für eine erste Mediumströmung vorgesehen sind, und eines die Felder (1 bis 4) umgebenden Gehäuses (9) für eine zweite Mediumströmung, wobei die Oberseiten der Felder (1 bis 4) eine gemeinschaftliche Höhe besitzen und wobei der Wärmetauscher einen in einer Horizontalebene über den Oberseiten der Felder (1 bis 4) drehbaren und sich zwischen die Felder (1 bis 4) erstreckende vertikale Reinigungsarme (18) tragenden Trägerarm (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Mediumströmung unter dem innersten Feld (4) nach unten in das Gehäuse (9) hinein und außerhalb des äußersten Feldes (1) aus dem Gehäuse (9) herausgeführt wird, daß die Flüssigkeitsober­ fläche der zweiten Mediumströmung zu fallen vermag, bis sie einen vorgegebenen Pegel unter den Oberseiten der Felder (1 bis 4) erreicht und daß im Gehäuse (9) oberhalb des Flüssigkeitspegels der zweiten Mediumströmung ein im wesentlichen konstantes Gasvolumen aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das konstante Gasvolumen als Funktion der Abweichung der Flüssigkeitsoberfläche von dem vorgegebenen Pegel durch Einleiten oder Ausleiten von Gas in den bzw. aus dem Raum im Gehäuse oberhalb des Flüssigkeitspegels aufrechterhal­ ten wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) vollständig geschlossen ist und einen nach unten gerich­ teten Einlaß für die zweite Mediumströmung zu deren Einleitung in den Innenraum des innersten Feldes (4) sowie einen außerhalb des äußersten Feldes (1) angeordne­ ten Auslaß für die zweite Mediumströmung aufweist, daß eine Regeleinrichtung (24) zur Erfassung des Flüssig­ keitspegels (20) der zweiten Mediumströmung im Gehäuse (9) mit dem Gehäuseinneren verbunden ist und daß eine von der Regeleinrichtung (24) betätigte Gaspumpe (25) vorgesehen ist, um das Gasvolumen im Gehäuse (9) oberhalb des Flüssigkeitspegels (20) im wesentlichen konstant zu halten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelsensor (24) zur Erfassung des Pegels (20) der Flüssigkeitsoberfläche im Gehäuse (9) dient und die Gaspumpe (25) als Funktion von erfaßten Werten betätigt, welche von dem vorgegebenen Pegel abweichen.