DE102010044124A1

DE102010044124A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts eines Wärmetauschers mit einer Abwasserwärmepumpe sowie Wärmetauscher

Info

Publication number: DE102010044124A1
Application number: DE102010044124A
Authority: DE
Inventors: Dr. Holzer Stefan; 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

Das Verfahren dient zur Bestimmung eines insbesondere optimalen Reinigungszeitpunkts eines Wärmetauschers mit einer Abwasserwärmepumpe, die mittels eines Verdampfers 2 aus Abwasser in einem Abwasserbehälter Wärme entzieht und mittels eines Kondensators 3 an Frischwasser in einem Frischwasserbehälter abgibt. Zum Einsatz kommt dies insbesondere für eine Warmwasserbereitungsanlage in einer Küche. Dazu wird eine Temperatur am Verdampferausgang 4 gemessen und mit einer Temperatur des Abwassers verglichen. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts für die Differenz dieser Temperaturen wird ein Reinigungsvorgang für den Verdampfer 2 eingeleitet oder als erforderlich signalisiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts eines Wärmetauschers mit einer Abwasserwärmepumpe, die mittels eines Verdampfers aus Abwasser in einem Abwasserbehälter Wärme entzieht und mittels eines Kondensators an Frischwasser in einem Frischwasserbehälters abgibt, insbesondere für eine Warmwasserbereitungsanlage zum Einsatz in einer Küche. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Wärmetauscher zur Durchführung dieses Verfahrens.
Klein Wärmepumpen, welche die Wärme von lokal – zum Beispiel in der Küche – anfallendem Abwasser zur Warmwasseraufbereitung zurückgewinnen, sind in unterschiedlichen Ausführungsformen vorbeschrieben und aus der Praxis bekannt. Da derartige Klein-Wärmepumpen wartungsfrei arbeiten sollen, ist es erforderlich, die Zeitintervalle, nach denen das Gerät vorzugsweise selbsttätig gereinigt werden soll, zu ermitteln. Derartige Reinigungsvorgänge sind erforderlich, da die Wärme dem verschmutzen Abwasser entzogen wird, wobei sich regelmäßig Schmutzpartikel aus dem Abwasser ablagern werden. Durch diese Verschmutzung auf dem Wärmetauscher verschlechtern sich jedoch der Wärmeübergang und damit auch die Effizienz der Abwasserwärmepumpe.
Hierfür ist es bereits bekannt, Reinigungssysteme vorzusehen, die eine regelmäßige oder sogar kontinuierliche mechanische Reinigung vornehmen. Dies mindert jedoch in der Regel die Effizienz der Geräte, so dass es Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass eine Reinigung stets erst dann ausgeführt wird, wenn sie tatsächlich erforderlich ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein Verfahren und einen Wärmetauscher entsprechend den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Wärmetauschers sind in abhängigen Patentansprüchen sowie nachfolgender Beschreibung dargestellt. Bevorzugten Weiterbildungen des Verfahrens entsprechen dabei auch bevorzugte Weiterbildungen des Wärmetauschers und umgekehrt, auch wenn dies hierin nicht explizit vermerkt ist.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung demnach insbesondere dadurch gelöst, dass die Temperatur am Verdampferausgang gemessen und mit der Temperatur des Abwassers verglichen wird, und dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle einer Differenz dieser beiden Temperaturen ein Reinigungsvorgang des Verdampfers eingeleitet oder als erforderlich signalisiert wird.
Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im wesentlichen darin, dass sich über die gemessene Temperaturdifferenz der Verschmutzungsgrad ermitteln lässt, so dass eine Reinigung regelmäßig nur dann eingeleitet wird, wenn tatsächlich ein die effiziente Betriebsweise der Wärmepumpe beeinträchtigender Verschmutzungsgrad sich eingestellt hat. Dadurch wird insbesondere berücksichtigt, dass beim Ableiten größerer Mengen von stark verschmutztem Abwasser die Reinigung häufiger, also in kürzeren Zeitabständen erfolgt, während in Perioden, in denen vorwiegend relativ sauberes Abwasser abgeführt wird, diese Reinigungsintervalle sehr groß sein können.
Zur weiteren Effizienzsteigerung kann in diesem Zusammenhang vorgesehen werden, dass die Differenz der Temperaturen zwischen dem Verdampferausgang und dem Abwasser zur Steuerung eines Sollwerts der Temperatur am Verdampferausgang herangezogen wird.
Ein nach diesem Verfahren arbeitender Wärmetauscher mit einer Abwasserwärmepumpe ist erfindungsgemäß daher so aufgebaut, dass mittels eines Verdampfers aus Abwasser in einem Abwasserbehälter Wärme entzogen und mittels eines Kondensators an Frischwasser in einem Frischwasserbehälter abgegeben wird. Um bei einem solchen Wärmetauscher insbesondere in einer Warmwasserbereitungsanlage, die zum Einsatz in einer Küche vorgesehen ist und daher weitestgehend wartungsfrei arbeiten soll, die Intervalle zwischen zwei Reinigungsvorgängen zu bestimmen, ist am Verdampferausgang und im Abwasserbehälter jeweils ein Temperaturfühler zur Ermittlung einer Differenz der Temperaturen an dem Verdampferausgang und in dem Abwasser angeordnet.
Bei diesem Wärmetauscher ist vorzugsweise eine Steuereinheit vorgesehen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für die Differenz einen Reinigungsvorgang für den Verdampfer einleitet oder als erforderlich signalisiert.
Zusätzlich kann die Steuereinheit bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle für die Differenz eine Nachsteuerung eines Sollwerts der Temperatur an dem Verdampferausgang vornehmen.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen dem Verdampferausgang und dem Verdichteransaugstutzen ein Sammler für das in der Wärmepumpe zirkulierende Kältemittel vorgesehen ist, da bei entsprechend starker Verschmutzung, wenn also das Kältemittel nicht mehr vollständig in der Verdampferrohrlänge verdampft, in flüssiger Form bis zum Verdampferausgang gelangt und dann in den Verdichter zurückgesaugt werden kann. Der Sammler nimmt daher zunächst das flüssige Kältemittel auf, bis dieses erneut verdampft ist.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen nach dem neuen Verfahren arbeitenden Wärmetauscher,
2 den Temperaturverlauf im Abwasser sowie am Verdampferausgang, aufgetragen über der Zeit,
3 eine der 2 entsprechende Darstellung, jedoch bei verschmutztem Verdampfer.
Der in der Zeichnung in 1 dargestellte Wärmetauscher ist vorgesehen für eine Abwasserwärmepumpe mit Verdichter 1, bei der mittels eines Verdampfers 2 aus dem Abwasser eines Abwasserbehälters Wärme entzogen und mittels eines Kondensators 3 an das Frischwasser eines Frischwasserbehälters abgegeben wird. Ein derartiger Wärmetauscher bietet sich insbesondere zum Einsatz in einer Warmwasserbereitungsanlage in einer Küche an, wofür jedoch ein weitgehend wartungsfreier Betrieb wünschenswert ist. Dies betrifft insbesondere die Notwendigkeit von Reinigungsvorgängen, da sich aus dem Abwasser Schmutzpartikel absetzen, die den Wärmeübergang vom Abwasser zum Verdampfer 2 verschlechtern und somit die Effizienz des Wärmetauschers ungünstig beeinflussen.
Um den Verschmutzungsgrad zu bestimmen, sind am Ausgang 4 des Verdampfers 2 einerseits und im Abwasserbehälter andererseits jeweils ein Temperaturfühler vorgesehen, durch die die sich einstellende Differenz der Temperaturen im Abwasserbehälter und am Ausgang 4 ermittelt werden kann. Im Idealfall geht diese Differenz jedenfalls nach längerem Betrieb gegen null, wie sich dies aus der 2 ersehen lässt. Dort sind die Verdampfertemperatur durch die Kurve 5 und die Abwassertemperatur durch die Kurve 6 dargestellt. Mit zunehmender Verschmutzung verbleibt hier jedoch – wie aus 3 zu ersehen – eine Differenz ungleich Null, woraus unmittelbar ersichtlich ist, dass durch die Verschmutzung der Wärmetransport eingeschränkt, also der Wirkungsgrad verschlechtert ist.
Daher ist eine nicht näher dargestellte Steuereinheit vorgesehen, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für die Differenz einen Reinigungsvorgang entweder selbsttätig einleitet oder aber zumindest als erforderlich signalisiert.
Diese Differenz kann im Übrigen von der Steuereinheit auch dazu verwendet werden, um eine Nachsteuerung eines Sollwerts der Temperatur am Ausgang 4 vorzunehmen.
Um bei zunehmender Verschmutzung zu verhindern, dass das nicht mehr vollständig im Verdampfer 2 in den gasförmigen Zustand übergehende Kältemittel in noch flüssiger Form wieder in den Verdichter 1 eingesaugt wird, ist zwischen dem Verdampferausgang 4 und dem Verdichteransaugstutzen ein Sammler 7 für das flüssige Kältemittel vorgesehen, in welchem dieses vor dem erneuten Eintritt in den Verdichter 1 verdampfen kann.
Im Ergebnis wird hier durch ein einfaches und kostengünstiges Messverfahren eine Verbesserung dahingehend erreicht, dass eine Reinigung nur noch dann vorgenommen wird, wenn diese tatsächlich erforderlich ist. Damit wird nicht nur eine Einsparung an Energie und Wasser erreicht, sondern über eine lange Betriebszeit hinweg auch eine hohe Effizienz der Wärmepumpe.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Reinigungszeitpunkts eines Wärmetauschers mit einer Abwasserwärmepumpe, die mittels eines Verdampfers (2) Abwasser in einem Abwasserbehälter Wärme entzieht und mittels eines Kondensators (3) an Frischwasser in einem Frischwasserbehälter abgibt, insbesondere für eine Warmwasserbereitungsanlage zum Einsatz in einer Küche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur am Verdampferausgang (4) gemessen und mit einer Temperatur des Abwassers verglichen wird, und dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Differenz dieser Temperaturen ein Reinigungsvorgang für den Verdampfer (2) eingeleitet oder als erforderlich signalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Temperaturen an dem Verdampferausgang (4) und dem Abwasser zur Steuerung eines Sollwerts der Temperatur am Verdampferausgang (4) herangezogen wird.
Wärmetauscher für eine Abwasserwärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der mittels eines Verdampfers (2) aus Abwasser in einem Abwasserbehälter Wärme entzogen und mittels eines Kondensators (3) an Frischwasser in einem Frischwasserbehälters abgegeben wird, insbesondere für eine Warmwasserbereitungsanlage zum Einsatz in einer Küche, dadurch gekennzeichnet, dass am Verdampferausgang (4) und im Abwasserbehälter jeweils ein Temperaturfühler zur Ermittlung einer Differenz der Temperaturen an dem Verdampferausgang (4) und dem Abwasser vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die bei Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für die Differenz einen Reinigungsvorgang für den Verdampfer (2) einleitet oder als erforderlich signalisiert.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle eine Nachsteuerung eines Sollwerts der Temperatur am Verdampferausgang (4) vornimmt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verdampferausgang (4) und dem Verdichteransaugstutzen ein Sammler (7) für das flüssige Kältemittel vorgesehen ist.