DE102010044123A1

DE102010044123A1 - Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abwasserwärme mittels einer Wärmepumpe

Info

Publication number: DE102010044123A1
Application number: DE102010044123A
Authority: DE
Inventors: Dr. Holzer Stefan; Andreas Renner; Markus Spielmannleitner
Original assignee: BSH Bosch und Siemens Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2012-05-24

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Rückgewinnung von Abwasserwärme mittels einer Wärmepumpe, insbesondere zur Rückgewinnung von Wärme aus einem vorzugsweise in einer Küche anfallenden Abwasser aus einer Spüle oder einem Geschirrspüler. Die Wärmepumpe besteht aus einem Verdichter 2 für ein Kältemittel, einem Kondensator 3, einem Verdampfer 4 sowie einem zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 4 angeordneten Expansionsventil. Der Verdampfer 4 steht mit einem Abwasserbehälter 5 in thermischer Verbindung. Vor dem Zulauf in den Abwasserbehälter 5 ist ein Grobfilter 6 zur Vorreinigung des Abwassers angeordnet. Außerdem ist wenigstens die mit dem Verdampfer 4 thermisch verbundene Wandung des Abwasserbehälters 5 mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abwasserwärme mittels einer Wärmepumpe, insbesondere zur Rückgewinnung von Wärme aus einem vorzugsweise in einer Küche anfallenden Abwasser aus einer Spüle oder einem Geschirrspüler, wobei die Wärmepumpe aus einem Verdichter für ein Kältemittel, einem Kondensator, einem Verdampfer sowie einem zwischen Kondensator und Verdampfer angeordneten Expansionsventil besteht und der Verdampfer mit einem Abwasserbehälter in thermischer Verbindung steht.
Derartige Abwasserwärmerückgewinnungsanlagen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen vorbeschrieben und auch aus der Praxis bekannt, wobei grundsätzlich das Problem besteht, die Effizienz derartiger Geräte soweit wie möglich zu steigern. Da die zurück zu gewinnende Wärme jedoch stets aus Abwasser von unterschiedlichem Verschmutzungsgrad gewonnen wird, stellt die hierdurch einsetzende Verschmutzung insbesondere im Abwasserbehälter eine den Wirkungsgrad zunehmend beeinträchtigende Wirkung dar.
Um diese Verschmutzungen zu beseitigen oder zumindest zu verringern, ist in der Schrift DE 20 2007 006 465 U1 bereits ein Abwasserwärmetauscher mit mindestens einem mechanischen Reinigungselement beschrieben, welches drehbar angeordnet ist und die Oberfläche der Tauscherwand des Wärmetauschers reinigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass auf möglichst einfache Weise eine verbesserte Reinigung erreicht bzw. das Auftreten von Schmutzablagerungen vorbeugend verringert wird.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Vorrichtung entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Wärmepumpe sind in abhängigen Patentansprüchen sowie nachfolgender Beschreibung dargestellt.
Demnach wird die Aufgabe in einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass vor dem Zulauf in den Abwasserbehälter ein Grobfilter zur Vorreinigung des Abwassers angeordnet ist, und dass wenigstens die mit dem Verdampfer thermisch verbundene Wandung des Abwasserbehälters mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen ist.
Aus dieser Kombination beider Merkmale wird zunächst das Eindringen von groben Schmutzpartikeln in den Abwasserbehälter verhindert, während die kleineren Schmutzpartikel durch die vorhandene Beschichtung des Abwasserbehälters dort in geringerem Umfang zu Ablagerungen führen. Dadurch werden die nach gewissen Zeitintervallen gleichwohl notwendigen Reinigungsvorgänge vereinfacht bzw. seltener erforderlich.
In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Verdampfer so großflächig ausgelegt, dass die maximal mögliche Fläche des Abwasserbehälters zum Wärmeübergang beiträgt. Durch diese Maßnahme ist trotz auftretender Verschmutzung über längere Zeit eine hohe Effizienz zu erreichen; zusätzlich verlängern sich die Betriebsintervalle zwischen zwei erforderlichen Reinigungsvorgängen.
Zusätzlich oder alternativ zu dem vorgesehenen Grobfilter kann im Rahmen der Erfindung auch ein Zerkleinerer für grobe Schmutzteile vorgesehen sein, wodurch auf eine getrennte Abführung grober Schmutzteile verzichtet werden kann.
Hierbei besteht weiter die Möglichkeit, dass als Grobfilter ein sogenannter Querstromfilter vorgesehen ist. Dadurch eröffnet sich die weitere Möglichkeit, den Querstromfilter mit Wechselsprungeffekt auszustatten, wodurch die Abtrennung von groben Schmutzteilen weiter gefördert wird.
Auch besteht die Möglichkeit, dass der Querstromfilter mit einer schaltbaren Wasserweiche versehen ist, über die eine Spülung des Filters während des Abpumpens des Abwasserbehälters oder mittels vorzugsweise aus dem Kaltwasseranschluss gespeisten Düsen erfolgt.
Des Weiteren wird im Rahmen der Erfindung vorgeschlagen, dass als Grobfilter ein Filtersystem mit mechanischem Abstreifer eingesetzt wird, wobei der Abstreifer die verschmutzte Filterfläche mittels eines Rakels oder dergleichen reinigt und den Grobschmutz zu dem in die Kanalisation führenden Ablauf fördert.
Damit beim Einsatz des mechanischen Abstreifers gleichwohl eine Filterung des Wassers erfolgt, ist der mechanische Abstreifer an seinem Ende mit einer Verschlusseinrichtung versehen, die zur Förderung des abgerakelten Schmutzes in den Ablauf geöffnet werden kann.
Um auf den Einsatz einer Absaugpumpe für den Abwasserbehälter verzichten zu können, kann das Leeren des Abwasserbehälters auch mittels Druckluft erfolgen, wozu jedoch der Abwasserzulauf druckdicht verschließbar ausgebildet sein muss.
Ein weiterer Reinigungseffekt kann dadurch erzielt werden, dass zur dauerhaften oder auch nur vorübergehenden Umwälzung des Abwassers im Abwasserbehälter eine Umwälzpumpe vorgesehen ist.
Um eine Verschmutzung der Abwasserbehälterwand zu verringern, empfiehlt es sich, dass die schmutzabweisende Beschichtung an der Wandung des Abwasserbehälters lipophobe Eigenschaften besitzt oder von einem Antifouling-Anstrichmittel gebildet ist.
Eine weitere Möglichkeit, Verschmutzungen im Abwasserbehälter zu verhindern bzw. abzubauen, besteht darin, dass zur Reinigung des Abwassers bzw. der Abwasserbehälterwand zwei Elektroden vorgesehen sind, deren eine vorzugsweise von der Behälterwand und deren andere mittig im Abwasserbehälter angeordnet ist, wobei die Ablösung und teilweise Zersetzung der Schmutzpartikel im Wege der Elektrolyse über die Elektroden erfolgt.
Das Ablösen von Verschmutzungen an der Behälterwand kann jedoch auch dadurch erfolgen, dass zu deren Reinigung der Abwasserbehälter im gefüllten Zustand soweit abgekühlt wird, dass zumindest im wandnahen Bereich eine Vereisung auftritt. Nach Einsetzen der Vereisung empfiehlt es sich, den Behälter im Übrigen zu entleeren, so dass das anschließend wieder aufschmelzende Eis an der Behälterwand abrutscht und dabei den Schmutzfilm von der Behälterwand mitnimmt.
Zur Reinigung der Abwasserbehälterwand kann im Rahmen der Erfindung der Abwasserbehälter auch über den Kreislauf der Wärmepumpe aufgeheizt werden, wozu das erhitzte, gasförmige Kühlmittel in den Verdampfer geleitet wird. Dies macht allerdings ein weiteres steuerbares Ventil im Kreislauf der Wärmepumpe erforderlich, erlaubt jedoch dafür selbsttätig ablaufende Reinigungsprozesse.
Schließlich kann, soweit einer Reinigung mit heißem Wasser der Vorzug gegeben wird, die Reinigung der Abwasserbehälterwand auch durch aus dem Trinkwasserbehälter stammendes, in den Abwasserbehälter eingespültes heißes Wasser erfolgen.
m Folgenden wird die Erfindung an einem in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 eine an ein Spülbecken angeschlossene Abwasserwärmerückgewinnungsanlage,
2 die Wärmepumpe aus der Anlage nach 1,
3 eine Ansicht eines zum Einsatz kommenden Grobfilters,
4 eine Querschnittsdarstellung durch ein Wechselsprungfilter,
5 eine mechanische Reinigungseinrichtung für ein Filter.
Die in der Zeichnung in 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Rückgewinnung von Abwasserwärme mittels einer in 2 wiedergegebenen Wärmepumpe, die insbesondere zur Rückgewinnung von Wärme aus dem vorzugsweise in Küchen anfallenden Abwasser aus einer Spüle 1 oder einen Geschirrspüler dient. Die Wärmepumpe besteht dazu aus einem Verdichter 2 für ein Kältemittel, einem Kondensator 3, einem Verdampfer 4 sowie einem zwischen Kondensator 3 und Verdampfer 4 angeordneten Expansionsventil. Der Verdampfer 4 steht dabei mit einem Abwasserbehälter 5 in thermischer Verbindung, in welchem das anfallende Abwasser zur Wärmeentnahme gespeichert wird.
Vor dem Zulauf in den Abwasserbehälter 5 ist zur Vorreinigung des Abwassers ein Grobfilter 6 angeordnet, wodurch verhindert wird, dass grobe Schmutzpartikel in den Abwasserbehälter 5 gelangen. Um weiter eine Verschmutzung des Abwasserbehälters 5 durch die verbleibenden feinen Schmutzteile zu verhindern, ist die mit dem Verdampfer 4 thermisch verbundene Wandung des Abwasserbehälters 5 mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen. Diese Maßnahmen sind erforderlich, damit die Effizienz der Abwasserwärmerückgewinnung durch einsetzende Verschmutzung nicht verringert wird.
Hierzu kann zunächst in nicht näher dargestellter Weise vorgesehen sein, dass der Verdampfer 4 so großflächig ausgelegt ist, dass die maximal mögliche Fläche des Abwasserbehälters 5 zum Wärmeübergang beiträgt. Dadurch haben jedenfalls geringe Verschmutzungen zunächst keinen wesentlichen Einfluss auf die Effizienz der Anlage.
Soweit die groben Schmutzteile nicht vorab ausgeschieden werden sollen, kann zusätzlich oder alternativ zum Grobfilter 6 ein Zerkleinerer oder weiteres Filtersystem 7 für diese Schmutzteile vorgesehen sein.
Als Grobfilter 6 wird vorzugsweise ein Querstromfilter eingesetzt, der mit einem in der 4 näher dargestellten Wechselsprungeffekt ausgestattet sein kann, wodurch eine wirksame Abtrennung und gleichzeitige Reinigung des Grobfilters erreicht wird.
Alternativ kann der Querstromfilter in ebenfalls nicht näher dargestellter Weise auch mit einer schaltbaren Wasserweiche versehen sein, über die eine Spülung des Filters während des Abpumpens des Abwasserbehälters 5 oder mittels vorzugsweise aus dem Kaltwasseranschluss gespeisten Düsen erfolgen kann.
Es besteht jedoch auch die in 5 dargestellte Möglichkeit, dass als Grobfilter 6 ein Filtersystem mit mechanischem Abstreifer eingesetzt ist. Der Abstreifer ist hier von einem mit einem Antrieb 12 versehenen rotierenden, schneckenförmigen Rake 18 gebildet, über welchen die verschmutzte Filterfläche 9 gereinigt und der Schmutz zu einem in die Kanalisation führenden Ablauf 10 gefördert wird. Um die Filterwirkung nicht zu beeinträchtigen, ist der mechanische Abstreifer an seinem Ende mit einer Verschlusseinrichtung 11 versehen, die lediglich zur Förderung des abgerakelten Schmutzes in den Ablauf geöffnet werden kann.
Üblicherweise wird der Abwasserbehälter 5 über eine Absaugpumpe 13 geleert; grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dies mittels Druckluft vorzunehmen, wozu dann jedoch der Abwasserzulauf druckdicht verschließbar ausgebildet sein muss.
Um eine Ablagerung von Schmutzpartikeln an der Wand des Abwasserbehälters 5 zu vermeiden, kann eine dauerhafte oder vorübergehende Umwälzung des Abwassers im Abwasserbehälter 5 mittels einer Umwälzpumpe vorgesehen sein.
Die in jedem Fall vorgesehene schmutzabweisende Beschichtung an der Wandung des Abwasserbehälters 5 kann hierbei lipophobe Eigenschaften besitzen oder von einem Antifouling-Anstrichmittel gebildet sein.
Eine weitere, in der Zeichnung ebenfalls nicht näher ausgeführte Möglichkeit zur Reinigung des Abwassers bzw. der Abwasserbehälterwand besteht darin, zwei Elektroden vorzusehen, deren eine vorzugsweise von der Behälterwand und deren andere mittig im Abwasserbehälter 5 angeordnet ist. Dann besteht die Möglichkeit, eine Ablösung und teilweise Zersetzung der Schmutzpartikel im Wege der Elektrolyse über die Elektroden vorzunehmen.
Ein Ablösen von Schmutzpartikeln bzw. einer Fettschicht von der Behälterwand kann auch dadurch erreicht werden, dass der Abwasserbehälter 5 im gefüllten Zustand soweit abgekühlt wird, dass zumindest im wandnahen Bereich eine Vereisung auftritt. Wird danach die Restflüssigkeit abgepumpt, so löst das von der Behälterwand beim Schmelzen abrutschende Eis auch die Schmutz- und Fettpartikel, so dass diese in die Kanalisation abgeführt werden können.
Selbstverständlich ist in an sich bekannter Weise auch eine Reinigung des Abwasserbehälters 5 mit erhitzter Flüssigkeit möglich; so kann zur Reinigung der Abwasserbehälterwand der Abwasserbehälter 5 über den Kreislauf der Wärmepumpe aufgeheizt werden. Dazu wird das erhitzte, gasförmige Kühlmittel in den Verdampfer 4 geleitet, was jedoch ein zusätzliches steuerbares Ventil im Kreislauf der Wärmepumpe erforderlich macht.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, heißes Wasser aus dem Trinkwasserbehälter in den Abwasserbehälter 5 einzuspülen und auf diese Weise eine Reinigung vorzunehmen, wobei hier jedoch zu beachten ist, dass keine direkte Rohrverbindung bestehen darf, da sonst Keime aus dem Abwasserbehälter 5 in den Trinkwasserbehälter 14 gelangen könnten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007006465 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Rückgewinnung von Abwasserwärme mittels einer Wärmepumpe, insbesondere zur Rückgewinnung von Wärme aus einem vorzugsweise in einer Küche anfallenden Abwasser aus einer Spüle oder einem Geschirrspüler, wobei die Wärmepumpe aus einem Verdichter (2) für ein Kältemittel, einem Kondensator (3), einem Verdampfer (4) sowie einem zwischen Kondensator (3) und Verdampfer (4) angeordneten Expansionsventil besteht und der Verdampfer (4) mit einem Abwasserbehälter (5) in thermischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Zulauf in den Abwasserbehälter (5) ein Grobfilter (6) zur Vorreinigung des Abwassers angeordnet ist, und dass wenigstens die mit dem Verdampfer (4) thermisch verbundene Wandung des Abwasserbehälters (5) mit einer schmutzabweisenden Beschichtung versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) so großflächig ausgelegt ist, daß die maximal mögliche Fläche des Abwasserbehälter (5) zum Wärmeübergang beiträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich oder alternativ zum Grobfilter (6) ein Zerkleinerer für grobe Schmutzteile vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Grobfilter (6) ein Querstromfilter (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Querstromfilter (6) mit Wechselsprungeffekt ausgestattet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Querstromfilter (6) mit einer schaltbaren Wasserweiche versehen ist, über die eine Spülung des Filters während des Abpumpens des Abwasserbehälters (5) oder mittels vorzugsweise aus dem Kaltwasseranschluss gespeisten Düsen erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Grobfilter (6) ein Filtersystem (6) mit mechanischem Abstreifer (8) eingesetzt ist, wobei der Abstreifer (8) die verschmutzte Filterfläche (9) mittels eines Rakels oder dergleichen reinigt und den Grobschmutz zu dem in die Kanalisation führenden Ablauf (10) fördert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Abstreifer (8) an seinem Ende mit einer Verschlusseinrichtung (11) versehen ist, die zur Förderung des abgerakelten Schmutzes in den Ablauf (10) geöffnet werden kann.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Leeren des Abwasserbehälter (5) mittels Druckluft erfolgt, wozu der Abwasserzulauf druckdicht verschließbar ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur dauerhaften oder vorübergehenden Umwälzung des Abwassers im Abwasserbehälter (5) eine Umwälzpumpe vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schmutzabweisende Beschichtung an der Wandung des Abwasserbehälters (5) lipophobe Eigenschaften besitzt oder von einem Antifouling-Anstrichmittel gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung des Abwassers bzw. der Abwasserbehälterwand zwei Elektroden vorgesehen sind, deren eine vorzugweise von der Behälterwand gebildet und deren andere mittig im Abwasserbehälter (5) angeordnet ist, wobei die Ablösung und teilweise Zersetzung der Schmutzpartikel im Wege der Elektrolyse über die Elektroden erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Abwasserbehälterwand der Abwasserbehälter (5) im gefüllten Zustand soweit abgekühlt wird, dass zumindest im wandnahen Bereich eine Vereisung auftritt.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Abwasserbehälterwand der Abwasserbehälter (5) über den Kreislauf der Wärmepumpe aufgeheizt wird, wozu das erhitzte, gasförmige Kühlmittel in den Verdampfer (4) geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Abwasserbehälterwand heißes Wasser aus einem Trinkwasserbehälter (14) in den Abwasserbehälter (5) eingespült wird.