DE102010011313A1

DE102010011313A1 - Abwasserwärmerückgewinnungsanlage

Info

Publication number: DE102010011313A1
Application number: DE102010011313A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-13
Filing date: 2010-03-13
Publication date: 2011-11-17

Abstract

Die Erfindung/Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebene Einrichtung zum Entzug von Wärme aus Ab- oder Prozesswässer mittels einem von Wasser durchflossenem und siphongeregelten Behälter, der thermisch isoliert und mit speziell angeordneten Wärmetauscherrohren ausgestattet ist.

Description

Die beschriebene Erfindung ist eine einfache und wirtschaftliche Anlage/Verfahren zur Wärmerückgewinnung der anfallenden Ab-/Prozesswässer im privaten und gewerblichen Bereich, sowie eine Einsatzmöglichkeit in bestehenden Prozesskreisläufen der industriellen Verfahrenstechnik.
1. Würdigung angezogener Schriften
Aus den Patentanmeldungen bzw. Gebrauchsmusteranmeldungen
DT 23 37 746 A1
DT 24 15 877 A1
DE 26 25 157 A1
DE 29 19 004 A1
DE 41 26 791 C2
DE 100 63 531 A1
DE 102 32 700 A1
DE 195 06 015 A1
DE 199 06 999 A1
DE 20 2006 019 482 U1
AT 502 49381
EP 0 058 636 A1
sind Erfindungen bekannt, die sich entsprechend gleicher Aufgabe widmen, Wärmerückgewinnung aus Abwässern zu erzielen.
Die aufgeführten Konzepte/Vorrichtungen/Verfahren, sind unter den heutigen Forderungen nicht, oder nur teilweise in der Lage, eine wirtschaftliche und energetische Anlage mit relativ geringem Wartungs-/und Instandhaltungsaufwand durch die belasteten Abwässer (Fäkalien, Feststoffe und dergleichen) zu erreichen.
Im Gegensatz zu der Einfachheit der beigefügten Erfindung, kommen bei allen vor genannten Patentanmeldungen zusätzliche Hilfsorgane wie, Pumpen, Filter, Ventile, Steuerorgane und dergleichen, zum Einsatz.
In DT 23 37 746 A1 und DE 20 2006 019 482 U1 fehlen eine Filtration des externen Wärmetauschers und bewirkt somit eine schnelle Verschmutzung/Verstopfung. Ebenfalls ist die Entnahme des nutzenden Abwassers energetisch ungünstig angeordnet (Wärmeschichtung nicht beachtet). Bei der DE 195 06 015 A1 kann auf eine Filtration verzichtet werden, aber durch die ungünstige energetische Schichtung des Abwassers im Behälter ist die Nutzung am Wärmetauscher schlecht. Ebenso ist der angebrachte Wärmetauscher für effektive Leistungen nicht anwendbar, bzw. um annähernd an messbare Leistungen zu kommen, müsste dieser sehr groß werden. Zudem erfolgt die Steuerung über einen störanfälligen Motorschieber.
In der DE 24 15 877 A1 , DT 26 25 157 A1 , DE 41 26 791 C2 , AT 502 493 B1 , DE 102 32 700 A1 , EP 0 058 636 A1 , DE 199 06 999 A1 , DE 29 19 004 A1 und DE 100 63 531 A1 werden durch innen liegende oder in den Wänden eingesetzte Wärmetauscher die energetischen Kennzahlen teilweise verbessert, aber auch hier müssen Filter und Pumpen zum Reinigen der Fäkal und Brackwässer genutzt werden. Teilweise kommen motorisch betriebene Ventile zur Stauung, Umleitung und Entleerung der Systeme zum Einsatz. Dieses zusammen erfordert wieder einen hohen Wartungs-/Reinigungs- und Instandhaltungsaufwand.
Durch die teilweise außer Acht gelassene Schichtung der Wärme im Behälter und die Nichtbeachtung von wärmetechnischen Strömungen im und am Wärmetauscher werden optimale Kennzahlen nicht erreicht.
Einige der vor genannten Systeme werden mit Brauch-/oder Frischwasser im Sekundärsystem des Wärmetauschers betrieben, was nur einen Wärmeübergang bei Bedarf bereitstellt. Andere werden über einen Wärmepumpenbetrieb im Sekundärsystem des Wärmetauschers auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Um den Nutzen hieraus zu erzielen, erfordert dieses immer eine erzwungene Anstauung vom warmen Abwasser. Eine Verweilzeit zur neuen Füllung des Behälters ist hierbei nötig.
2. Aufgabe
Die weltweiten ökologischen Anforderungen zur Reduzierung der Treibhausgase und der daraus geforderten Einsparung von Energien, Nutzung technischer Hilfsmittel zu deren Reduktion und den aus diesen Aspekten ökonomischen Verbrauch der Energien bei Anlagen und Gebäuden, bieten der aufgeführten Anlage/Verfahren eine kostengünstige und effektive Anwendung für den Nutzer und der Umwelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, aus den vorgenannten Aspekten eine wartungsfreie, einfache und energetisch hochwirksame Anlage/Verfahren zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser zu konzipieren. Erstrebt werden eine effektive Nutzung der anfallenden thermischen Energien und deren Speicherung. Die zurück gewonnenen Energien können, durch den am System integrierten oder extern aufgestellten Wärmepumpenprozess, dem Nutzer frei zur Verwendung bereitgestellt werden. Um diesen so effektiv wie möglich zu gestalten, wird die Erfindung mit der neuesten Invertertechnologie betrieben (ein herkömmlicher Betrieb ist ebenso möglich). Das heißt, die Leistung wird der jeweiligen Wärme angepasst und hat somit den höchsten Wirkungsgrad und die besten COP und EER Werte.
Beschreibung der Abwasserwärmerückgewinnungsanlage
Die Anlage besteht wie auf der Zeichnung markiert aus zwei Teilen, (1.1) dem Abwasserbehälter mit Siphonregelung und einer (1.2) thermostatisch geschalteten Wärmepumpeneinheit mit Inverter geregeltem Verdichter zur optimalen Leistungsanpassung. (1.2) ist als ein möglicher Hauptbestandteil zu sehen (z. B. Kompaktanlage), kann aber auch optional entfallen, da der Behälter unter (1.1) für sich autark auch mit dem anderen Systemen kombinierbar ist. Ebenso ist (1.2) marktüblich bekannt und muss nicht weiter beschrieben werden.
Zur Funktion des Behälters (1.1):
Das anfallende Abwasser (1) läuft am oberen Bereich des zylindrischen, thermisch isolierten Wärmetauscherbehälters (2) über eine in den Wasserspiegel (3) fallende zentrifugale Beschleunigerstrecke (4) hinein. Der Wasserspiegel (3.1) bildet sich durch die angebrachte Position des Siphonbogens (5.1) im Ablauf (5). Durch die Ausrichtung der Beschleunigertstrecke (4) am Rand des zylindrischen Behälters (2) erfährt das gesammelte Abwasser eine stetige Bewegung mit den neu einströmenden Abwässern und bekommt somit einen erhöhten Wärmeaustausch an den im Behälter liegenden Spiralwärmetauscherrohren (6). Die Spiralwärmetauschrohre > weiter Kühlrohr * genannt < sind versetzt angeordnet. Um einen optimalen Wärmeübergang zu erzielen, sind an den äußeren Wänden (6.1) des Zylinders die Kühlrohre dicht angeordnet und mit fallender Steigung versehen. Dies bewirkt das Abfallen von Verunreinigungen in Richtung Behälterboden (6.2). Durch die sauberen Kühlrohre ist eine optimale und homogene Ausnutzung der Kühloberfläche möglich. Ein Verkleben oder Haften von Verunreinigungen an den Wärmetauscherrohren kann zusätzlich durch eine Nano-Beschichtung auf den Rohrem eliminiert werden. Durch die kreisende Bewegung im Abwasser entsteht in der Mitte des Behälters ein Auftrieb des Wassers (Trombenströmung > Teetasseneffekt) (4.1) Schwebestoffe werden nach oben transportiert und sammeln sich im oberen Bereich der Wasseroberfläche. Ebenso entsteht durch die Bewegung eine Verteilung der Wärmemenge entgegen der Ablaufrichtung am Boden. Die in der Mitte angeordneten Kühlrohre (6) fangen diesen Wärmestrom begünstigt durch das Gegenstromprinzip der Wärme lehre auf. Die Regulierung des Wasserspiegels (3.1) findet über den angebrachten Ablaufbogen (5.1), der dem ganzen Behälter die Siphonwirkung gibt statt. Ein Vorteil entsteht hierdurch, dass auch im Ruhezustand die Wassermenge für den weitem Wärmetausch erhalten bleibt. Feststoffe fallen im Ruhezustand Richtung Ablauf im Behälterboden (6.3). Schwebestoffe sammeln sich an der Wasseroberfläche (3.1) über den Kühlrohren (6). Zum Abtransport dieser Verunreinigungen wird ein künstlicher Überdruck (Staudruck) (3.2) erzwungen, der mit a.) die Schwebestoffe über die Überlaufleitung (7) fortführt und mit b.) wie noch unten beschrieben eine höheren Durchfluss in der Ablaufleitung (8) fabriziert.
Elektrische und mechanische Einbauten werden somit vermieden. Es kommen keine Filter, Pumpen oder Schieber zum Einsatz, da es sich hier um ein selbst reinigendes und selbstsicheres System mit einem integrierten Überlaufschutz (7) handelt. Eine Versandung im unteren Umkehrbogen (9) kann durch den berechneten Fluidstrom im Ablaufsteigerohr (8) nach den Gleichungen für Fluid-Feststoff-Transport (nach DIN; EN festgelegter Wert von V_min ≥ 0,7 m/s) nicht eintreffen. Eine zusätzliche Entleerung (10) im unteren Umkehrbogen ist für Wartungszwecke vorgesehen. Das Abwasser fließt über das Ablaufsteigerohr (8) und trifft hinter dem Umkehrbogen (5.1) mit den Abtransport der Schwebstoffe an der Überlaufleitung (7) um den Abtransport der Schwebstoffe an der Überlaufleitung zu vereinfachen, ist diese Leitung wie eine Sichel geformt und offen zu Behältermitte zum Absahnen der Schwebstoffe geführt (Absahnerleitung). Überlaufleitung (Absahnerleitung) (7) und Behälter-Ablaufsteigerohr (8) fließen nach dem Siphonbogen zusammen über die Ablaufleitung (5) in den Systemablauf (11). Für drucklose Systeme wird für den Behälter ein Druckausgleich (12) vorgesehen. Um die obige Einrichtung/Erfindung so effektiv wie möglich zu machen, kann entweder gekoppelt oder getrennt installiert, eine Wärmepumpenanlage (1.2) angebaut sein. Diese würde über einen angebrachten Fühler/Thermostaten (13) die nötigen Messwerte des Fluids auswerten und die Wärmepumpenanlage einschalten.
Zum kurzen Fließablauf (Behälter vorgefüllt) laut folgender Zeichnung:
Abwasser (1) fließt über Einlaufbogen (4) in Abwasserbehälter (2). Durch die zentrifugale Strömung findet im Behälter eine Trombenströmung statt, die die innen liegenden Kühlrohre (6) homogen und im Gegenstromprinzip mit Wärme beaufschlagen. Ebenso verursacht der erzwungene Staudruck ein Anheben des Wasserspiegels (3.2) im Behälter Richtung Absahnerablauf (7). Schwebstoffe werden hierüber zur gemeinsamen Ablaufleitung (5) abgeführt. Durch den Staudruck erfährt der Ablaufbogen (9) und die Ablaufsteigeleitung (8) eine berechnete, erhöhte Fließgeschwindigkeit, die den Abtransport von Feststoffen am Boden garantiert und eine Versandung ausschließt. Über die Abflussleitung (11) wird das Abwasser dem weiteren Rohr-/Kanalnetz zugeführt. Im Stillstand der Abwasserzufuhr ist im Behälter (2) ein weiterer Wärmetausch durch die anhaltende zentrifugale Strömung. Für Wartungszwecke ist ein Schieber (10) zur Entleerung vorgesehen. Ein eventueller Druckausgleich (12) macht das System für offene Anlagen möglich.
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

DT 2337746 A1 [0002, 0005]
DT 2415877 A1 [0002]
DE 2625157 A1 [0002]
DE 2919004 A1 [0002, 0006]
DE 4126791 C2 [0002, 0006]
DE 10063531 A1 [0002, 0006]
DE 10232700 A1 [0002, 0006]
DE 19506015 A1 [0002, 0005]
DE 19906999 A1 [0002, 0006]
DE 202006019482 U1 [0002, 0005]
AT 50249381 [0002]
EP 0058636 A1 [0002, 0006]
DE 2415877 A1 [0006]
DT 2625157 A1 [0006]
AT 502493 B1 [0006]

Claims

Die Erfindung/Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die beschriebene Einrichtung zum Entzug von Wärme aus Ab- oder Prozesswässer mittels einem von Wasser durchflossenem und siphongeregelten Behälter, der thermisch isoliert und mit speziell angeordneten Wärmetauscherrohren ausgestattet ist.
Der Behälter der Erfindung hat wenigstens einen Zulauf und einen Ablauf und ist dadurch gekennzeichnet, dass der oben angeordnete Zulauf über eine zentrifugale Beschleunigerstrecke in die obere Wasserschicht einläuft.
Der Ablauf erfolgt über ein im Boden angebrachtes Ablaufrohr und ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Steigeleitung mit Umkehrbogen außerhalb des Behälters hat und folglich über diese Anordnung dem Behälter einen Niveauausgleich anpasst.
Die Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, dass durch diese Siphonregelung dem Behälter permanent die anfallende Wärmemenge zu Verfügung steht.
Ebenso ist die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie speziell angeordnete Wärmetauscherrohre durch die zentrifugale Bewegung des Wassers und der resultierenden Trombenströmung (Teetasseneffekt) der Behälter keine Wärmeschichtungen hat.
Die Erfindung ist zudem ein selbstreinigendes System, so dass Pumpen-, Ventil-, Reinigungs- und Filtrationsanlagen entfallen.
Kennzeichnend für die Erfindung ist ebenfalls, dass durch die zentrifugale Bewegung des Wassers im Behälter die Verunreinigung durch die entstehende Trombenströmung (Teetasseneffekt) in die Mitte abtransportiert werden.
Im übrigen ist der Ablauf so ausgelegt, dass eine Versandung im unteren Umkehrbogen nicht stattfinden kann.
Die Erfindung ist schließlich dadurch gekennzeichnet, dass Schwebstoffe durch den künstlichen erzeugten und erzwungenen Staudruck über eine Absahnerleitung direkt hinter dem Umkehrbogen des Ablaufs der Kanalisation zugeführt werden.
Zudem zeichnet sie die Erfindung dadurch aus, dass der Behälter im druckoffenen System mit einer Ausgleichleitung im Deckel und im druckgeschlossenen System mit den dazugehörenden Sicherheitsorganen funktioniert.
Bei der Erfindung hervorzuheben ist auch, dass der Behälter sowohl einzeln aufgestellt, als auch gekoppelt mit einer thermostatisch geschalteten Wärmepumpe betrieben werden kann.