DE102015014777A1

DE102015014777A1 - Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser

Info

Publication number: DE102015014777A1
Application number: DE102015014777.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Mölle; Jörg Siegmund; Albrecht Bauke; Reinhard Sobczyk
Original assignee: Beka Heiz- und Kuehlmatten GmbH
Current assignee: Beka Heiz- und Kuehlmatten GmbH
Priority date: 2015-11-14
Filing date: 2015-11-14
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser. Dabei stammt das Abfallwasser von Duscheinrichtungen oder andersartigen Verbrauchern, wie z. B. Waschmaschinen, Geschirrspülern und Waschbecken und dient der Anhebung der Frischwassertemperatur. In der 1 wird der Flüssigkeitsbehälter 3 gezeigt. Dieser besitzt für das Abwasser den Zufluss 1 und den Abfluss 2. Diese sind so angeordnet und dimensioniert, dass das Abwasser bei gefülltem Flüssigkeitsbehälter 3 selbstständig, ohne z. B. Pumpeinwirkung, abfließen kann. Im Normalfall fließt Abwasser in den Flüssigkeitsbehälter 3 und verbleibt dort. Das Abwasser kommt von der Dusche, der Waschmaschine oder dem Geschirrspüler und besitzt Temperaturen von ca. 35°C oder höher. Durch den durchströmbaren Bereich 3 fließt über die Anschlüsse 5 und 6 Frischwasser und nimmt die Wärmeenergie vom Abwasser auf. Die Anordnung der Anschlüsse 5 und 6 am Flüssigkeitsbehälter 3 (seitlich, unten, oben) erfolgt entsprechend den Gegebenheiten. Da das Abwasser nicht wegfliesen kann, wird dem Abwasser eine hohe Wärmeenergie entnommen. Mittels der Thermometer 13 und/oder 9 wird mit einer hier nicht gezeigten Steuerung 14 die maximale Energieausbeute ermittelt und nach dessen Erreichen die Flüssigkeitshebeanlage 8 aktiviert. Der Inhalt des Flüssigkeitsbehälters 3 wird durch die Flüssigkeitshebeanlage 8 in den Abfluss 2 gepumpt. Ein Rückschlagventil 11 verhindert das Zurückfliesen des Abwassers in den Flüssigkeitsbehälter 3. Der Flüssigkeitsbehälter 3 steht nun wieder für die Aufnahme von warmen Abwasser bereit. Schon zu Beginn des Duschvorganges kann dem Abwasser Energie entnommen und dem Frischwasser zugeführt werden. Es wird dadurch beim Duschvorgang weniger Warmwasser benötigt, weil das Frischwasser eine höhere Temperatur in Folge der entnommenen Energie vom Abwasser besitzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser. Dabei stammt das Abfallwasser von Duscheinrichtungen oder andersartigen Verbrauchern, wie z. B. Waschmaschinen, Geschirrspülern und Waschbecken und dient der Anhebung der Frischwassertemperatur.
In der DE 20 2006 001 996 U1 wird eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärme aus Abfallwasser beschrieben, bei der Vorrichtungselemente so angeordnet und gesteuert werden, dass bei einer großen Abwasserzufuhr der Durchflusswiderstand durch die Leitungen weniger blockiert wird gegenüber einer geringen Abwasserzufuhr. Das Abwasser durchfließt nach der Regeleinrichtung einen Wärmetauscher, der eine senkrechte Durchflussrichtung aufweist. Eine in der Abwasserleitung angeordnete Pumpe befördert das Abwasser nach seiner Entstehung auf Raumhöhe der Etage, in der es durch den oder die Verbraucher gelaufen ist. In Folge dieser Anordnung wird keine zusätzliche Etage in einem Gebäude für den oder die Wärmetauscher benötigt.
Der Nachteil bei dieser Lösung besteht darin, dass das Abfallwasser den oder die senkrecht angeordneten Wärmetauscher in Folge der Pumpenwirkung und der Schwerkraft durchfließt und durch die kurze Verweildauer nur einen Teil der Wärmeenergie abgeben kann. Weiter ist nachteilig, dass der Wärmetauscher zum Erreichen einer verwertbaren Wärmeenergiegewinnung eine große Länge einnehmen muss.
Angesichts des geschilderten Nachteils liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zu schaffen, bei der das Abfallwasser eine große Verweildauer im Wärmetauscher besitzt, somit ein Großteil der Wärmeenergie rückgewonnen werden kann, der Wärmetauscher behälterartig ausgeführt ist und keine große Längenausdehnung aufweist.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfinderische Lösung besteht darin, dass Zu- und Ablauf eines Flüssigkeitsbehälters so dimensioniert und angeordnet sind, dass bei maximalem Abwasserstrom kein Überlaufen des Flüssigkeitsbehälters eintritt und dass unmittelbar hinter der inneren Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters ein durchströmbarer Bereich für Flüssigkeiten angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, dass ein durchströmbarer Bereich für Flüssigkeiten aus einer oder mehreren Kapillarrohrmatte ausgeführt ist, wobei eine Kapillarrohrmatte aus zwei Sammelrohren mit quer dazu verlaufenden flexiblen Kapillarrohren besteht, die Kapillarrohre einen Außendurchmesser von 2 bis 8 mm aufweisen und mit den Sammelrohren stoffschlüssig in Verbindung stehen. Weiter wurde erfinderisch gelöst, dass der durchströmbare Bereich für Flüssigkeiten als Hohlraum ausgebildet ist oder dass der durchströmbare Bereich für Flüssigkeiten durch mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre gebildet wird.
Erfindungsgemäß sind die den durchströmbaren Bereich für Flüssigkeiten bildenden Rohre (mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre bzw. der Einsatz der Kapillarrohrmatte) mittels dem die Zwischenräume zwischen den Rohren ausfüllendem Material oberflächennah zur inneren Oberfläche des Flüssigkeitsbehälters angeordnet.
Weiter sind die mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohre bzw. die Kapillarrohrmatte erfindungsgemäß aus Kunststoff, wie Polypropylen, hergestellt. Im Sinne der Erfindung ist, dass der durchströmbare Bereich für Flüssigkeiten mindestens einen Zu- und Abfluss besitzt und der Abfluss an einem oder mehreren Verbrauchern (Speicher, Waschmaschine, Geschirrspüler, Wasserheizung, Mischventil der Dusche usw.) angeschlossen ist, oder die beiden Anschlüsse mit einer Wärmepumpe fluidleitend verbunden sind, wobei die Wärmepumpe gleichzeitig fluidleitend mit einem Speicher in Verbindung steht.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass der Flüssigkeitsbehälter eine Flüssigkeitshebeanlage sowie mindestens ein Thermometer aufweist und die Flüssigkeitshebeanlage auf entsprechenden Steuerbefehl Abwasser aus dem Flüssigkeitsbehälter ansaugt und in den Abfluss einspeist, wobei im Abfluss zwischen Einspeisung durch die Flüssigkeitshebeanlage und Flüssigkeitsbehälter eine Rückschlagklappe positioniert sein kann. Weiter wurde gelöst, dass das Ansaugrohr der Flüssigkeitshebeanlage in den Bereich der tiefsten Stelle des Flüssigkeitsbehälters ragt und dass in der Frischwasserleitung in der Nähe des Frischwasserabflusses ein weiteres Thermometer angeordnet ist.
Eine weitere Lösung der Erfindung besteht darin, dass eine Steuerung funktionsbeeinflussend mit der Flüssigkeitshebeanlage, der Wärmepumpe sowie mit den beiden Thermometern in Verbindung steht und dass in der Frischwasserleitung in Strömungsrichtung vor dem Flüssigkeitsbehälter ein Dreiwegeventil oder ein T-Stück mit Stellventil angeordnet sein kann und auch dieses Dreiwegeventil oder ein T-Stück mit Stellventil funktionsbeeinflussend mit der Steuerung verbunden ist.
Eine erfinderische Lösung besteht auch darin, dass die Duschtasse auf der die Duschtasse im Fußboden aufnehmenden Seite mit einer Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohren berührend in Verbindung steht und die Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohren fluidtechnisch mit dem durchströmbaren Bereich in Reihe geschaltet sind.
Nachfolgend werden die erfinderischen Lösungen anhand von Ausführungsbeispielen in Skizzen dargestellt. Es zeigen die Schnittdarstellungen:
1 den Flüssigkeitsbehälter 3 mit dem durchströmbaren Bereich 4, der durch Anschlüsse 5 und 6 mit der Frischwasserleitung 12 und weiter mit Verbrauchern 18 in Verbindung steht und Fluidleitungen für das Abwasser an den Anschlüssen 1 und 2 angebracht sind.
2 den Flüssigkeitsbehälter 3 mit dem durchströmbaren Bereich 4, der mit den Anschlüssen 5 und 6 mit der Frischwasserleitung 12 und weiter mit Verbrauchern 18 sowie mit einer Wärmepumpe 7 fluidtechnisch verbunden ist und über die Anschlüsse 1 und 2 mit Fluidleitungen für das Abwasser in Verbindung steht.
In der 1 wird der Flüssigkeitsbehälter 3 gezeigt. Dieser besitzt für das Abwasser den Zufluss 1 und den Abfluss 2. Diese sind so angeordnet und dimensioniert, dass das Abwasser bei gefülltem Flüssigkeitsbehälter 3 selbstständig, ohne z. B. Pumpeinwirkung, abfließen kann. Im Normalfall fließt Abwasser in den Flüssigkeitsbehälter 3 und verbleibt dort. Das Abwasser kommt von der Dusche, der Waschmaschine oder dem Geschirrspüler und besitzt Temperaturen von ca. 35°C oder höher. Durch den durchströmbaren Bereich 3 fließt über die Anschlüsse 5 und 6 Frischwasser und nimmt die Wärmeenergie vom Abwasser auf. Die Anordnung der Anschlüsse 5 und 6 am Flüssigkeitsbehälter 3 (seitlich, unten, oben) erfolgt entsprechend den Gegebenheiten. Da das Abwasser nicht wegfliesen kann, wird dem Abwasser eine hohe Wärmeenergie entnommen. Mittels der Thermometer 13 und/oder 9 wird mit einer hier nicht gezeigten Steuerung 14 die maximale Energieausbeute ermittelt und nach dessen Erreichen die Flüssigkeitshebeanlage 8 aktiviert. Der Inhalt des Flüssigkeitsbehälters 3 wird durch die Flüssigkeitshebeanlage 8 in den Abfluss 2 gepumpt. Ein Rückschlagventil 11 verhindert das Zurückfliesen des Abwassers in den Flüssigkeitsbehälter 3. Der Flüssigkeitsbehälter 3 steht nun wieder für die Aufnahme von warmen Abwasser bereit.
Schon zu Beginn des Duschvorganges kann dem Abwasser Energie entnommen und dem Frischwasser zugeführt werden. Es wird dadurch beim Duschvorgang weniger Warmwasser benötigt, weil das Frischwasser eine höhere Temperatur in Folge der entnommenen Energie vom Abwasser besitzt.
Die entnommene Energie kann auch der Wasserheizung zugeführt werden und vermindert somit den Heizaufwand.
Die 2 zeigt den Flüssigkeitsbehälter 3 mit gleichen Anschlüssen 1, 2, 5 und 6, wie schon in 1 gezeigt. Nahe der Anschlüssen 5 und 6 ist je eine Abzweigung angeordnet. In der Darstellung wird eine Lösung gezeigt, bei der das Frischwasser den durchströmbaren Bereich 4 durchfließt und vom Abwasser, welches sich innerhalb der inneren Oberfläche 16 des Flüssigkeitsbehälters 3 befindet, Energie übernimmt und diese zum Verbraucher 18 weiterleitet. Der Verbraucher 18 kann z. B. eine Dusche sein. In Folge der angehobenen Temperatur wird weniger Warmwasser benötigt und so bis zu 50% Energie eingespart. Mittels des Thermometers 13 wird die Frischwassertemperatur kontrolliert. Sollte die angehobene Temperatur nahe der 25°C kommen öffnet das Dreiwegeventil oder das T-Stück mit Stellventil 15 den Frischwasserfluss so, dass das nichterwärmte Frischwasser dem Frischwasser welches den durchströmbaren Bereiches 4 passiert hat zugemischt wird. Es kann dadurch die Erwärmung des Frischwassers über 25°C verhindert und somit eine Legionellengefährdung vermieden werden.
Weiter wird in 2 gezeigt, dass zwischen den Abzweigungen 5, 6 eine Wärmepumpe 7 flüssigkeitsdurchströmend eingebunden ist. Mittels dieser Wärmepumpe 7 kann noch mehr Energie dem Abwasser entnommen werden. Sinnvoll ist, wenn wie gezeigt, diese gewonnene Energie zu einem Speicher 10 weiterleitet wird. Es kann damit die Temperatur von Frischwasser beim Durchfliesen des Speichers 10 angehoben werden.
Zum Steuern des Abwasserstandes im Flüssigkeitsbehälter 3 kommt eine Steuerung 14 zum Einsatz. Diese steht mit den Thermometern 9 und 13, der Flüssigkeitshebeanlage 8, dem Dreiwegeventil oder T-stück mit Stellventil 15, Abschaltgerät der Flüssigkeitshebeanlage 8 (in der Fig. nicht gezeigt) sowie mit der Wärmepumpe 7 in Verbindung. Mittels Auswertung der Temperatur vom Thermometer 13 wird das Dreiwegeventil oder T-Stück mit Stellventil 15 aktiviert. Des Weiteren löst die Auswertung der Temperaturmessung mit Thermometer 9 das Einschalten der Flüssigkeitshebeanlage 8 aus. Zum Abschalten der Flüssigkeitshebeanlage 8 können unterschiedliche Geräte zum Einsatz kommen. So kann das Abschalten durch einen Schwimmschalter, einen Druckschalter, einen Feuchtefühler und andere eine Flüssigkeitshöhe auswertende Einrichtung erfolgen. Die Wärmepumpe 7 wird durch die Steuerung 14 durch Auswerten der gemessenen Temperaturen gesteuert. Da die Steuerung 14 programmierbar ausgeführt ist, kann die Steuerung der Wärmepumpe 7 an verschiedene Situationen angepasst werden. Beeinflussbar sind auch die Füllhöhe im Flüssigkeitsbehälter 3 und auch die Durchflussmenge des Dreiwegeventils oder T-Stücks mit Stellventil 15.
Zeichnerisch nicht dargestellt sind mögliche Ausführungsformen des durchströmbaren Bereiches 4. Zum einen kann unmittelbar hinter der inneren Oberfläche 16 des Flüssigkeitsbehälters 3 zur Realisierung des durchströmbaren Bereiches 4 eine Kapillarrohrmatte angeordnet sein. Die Kapillarrohrmatte besteht aus zwei Sammelrohren mit quer dazu verlaufenden flexiblen Kapillarrohren, wobei die Kapillarrohre einen Außendurchmesser von 2 bis 8 mm aufweisen. Eine Kapillarrohrmatte wird z. B. in der DE 44 25 785 prinzipiell aufgezeigt. Es kommt sinnvoller Weise eine Kapillarrohrmatte mit einem möglichst geringen Abstand zwischen den einzelnen Kapillarohren zum Einsatz. Nach dem Anordnen der Kapillarrohrmatte am Flüssigkeitsbehälter 3 werden die Zwischenräume zwischen den einzelnen Kapillarrohren mit einem die Energie gut leitendem Material ausgefüllt. Somit wird eine gute Wärmerückgewinnung aus dem Abfallwasser gewährleistet.
Kommen mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre zum Einsatz wird bei der Verlegung angestrebt, dass die Rohre einen möglichst geringen Abstand zueinander aufweisen und die Zwischenräume mit einem die Energie gut leitendem Material ausgefüllt sind. Der Einsatz von Kapillarrohrmatten und/oder mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohren hat den Vorteil, dass die Produkte in sich selbst druckfest ausgeführt sind und sehr nahe an der Innere Oberfläche 16 des Flüssigkeitsbehälters 3 angeordnet werden können. Eine Vermischung von Abfallwasser und Frischwasser ist dadurch so gut wie ausgeschlossen. Weiter sollten die Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre aus einem Kunststoff, wie Polypropylen, gefertigt sein. Rohre aus Polypropylen sind biegsam und können so dem Bauraum leicht angepasst werden.
Es kann dem Abwasser auch Energie entnommen werden, wenn an der Duschtasse auf der die Duschtasse im Fußboden aufnehmenden Seite eine Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre angeordnet sind. Die Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre stehen mit der Duschtasse berührend in Verbindung und sind fluidtechnisch mit dem durchströmbaren Bereich (4) in Reihe geschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Zufluss
2: Abfluss
3: Flüssigkeitsbehälter
4: durchströmbarer Bereich
5: Anschluss Frischwasser
6: Abfluss Frischwasser bzw. Frischwasserabfluss
7: Wärmepumpe
8: Flüssigkeitshebeanlage
9: Thermometer
10: Speicher
11: Rückschlagklappe
12: Frischwasserleitung
13: Thermometer
14: Steuerung
15: Dreiwegeventil oder T-Stück mit Stellventil
16: Innere Oberfläche des Flüssigkeitsbehälter 3
17: Wasserheizung
18: Verbraucher

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

DE 202006001996 U1 [0002]
DE 4425785 [0022]

Claims

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser, welche aus einem Flüssigkeitsbehälter (3) mit mindestens einem Zufluss (1) und einem Abfluss (2) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass Zu- (1) und Ablauf (2) so dimensioniert und angeordnet sind, dass bei maximalem Abwasserstrom kein Überlaufen des Flüssigkeitsbehälters (3) eintritt und dass unmittelbar hinter der inneren Oberfläche (16) des Flüssigkeitsbehälters (3) ein durchströmbarer Bereich (4) für Flüssigkeiten angeordnet ist.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Bereich (4) für Flüssigkeiten aus einer oder mehreren Kapillarrohrmatten ausgeführt ist, wobei eine Kapillarrohrmatte aus zwei Sammelrohren mit quer dazu verlaufenden flexiblen Kapillarrohren besteht und die Kapillarrohre einen Außendurchmesser von 2 bis 8 mm aufweisen und mit den Sammelrohren stoffschlüssig in Verbindung stehen.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Bereich (4) für Flüssigkeiten als Hohlraum ausgebildet ist oder dass der durchströmbare Bereich (4) für Flüssigkeiten durch mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre gebildet wird.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die den durchströmbaren Bereich (4) für Flüssigkeiten bildenden Rohre (mäanderförmig oder andersartig verlegte Rohre bzw. bei Einsatz der Kapillarrohrmatte) mittels dem die Zwischenräume zwischen den Rohren ausfüllendem Material oberflächennah zur inneren Oberfläche (16) des Flüssigkeitsbehälters (3) angeordnet sind.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach einem Teil von vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohre bzw. die Kapillarrohrmatte aus Kunststoff, wie Polypropylen, bestehen.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der durchströmbare Bereich (4) für Flüssigkeiten mindestens einen Zu- (5) und Abfluss (6) besitzt und der Abfluss (6) an einem oder mehreren Verbrauchern (18) (Speicher (10), Waschmaschine, Geschirrspüler, Wasserheizung (17), Mischventil der Dusche usw.) angeschlossen ist, oder die beiden Anschlüsse (5, 6) mit einer Wärmepumpe (7) fluidleitend verbunden sind, wobei die Wärmepumpe (7) gleichzeitig fluidleitend mit einem Speicher (10) in Verbindung steht.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter (3) eine Flüssigkeitshebeanlage (8) sowie mindestens ein Thermometer (9) aufweist und die Flüssigkeitshebeanlage (8) auf entsprechenden Steuerbefehl Abwasser aus dem Flüssigkeitsbehälter (3) ansaugt und in den Abfluss (2) einspeist, wobei im Abfluss (2) zwischen Einspeisung durch die Flüssigkeitshebeanlage (8) und Flüssigkeitsbehälter (3) eine Rückschlagklappe (11) positioniert sein kann.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach vorher genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugrohr der Flüssigkeitshebeanlage (8) in den Bereich der tiefsten Stelle des Flüssigkeitsbehälters ragt und dass in der Frischwasserleitung (12) in der Nähe des Frischwasserabflusses (6) ein weiteres Thermometer (13) angeordnet ist.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach bisher genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (14) funktionsbeeinflussend mit der Flüssigkeitshebeanlage (8), der Wärmepumpe (7) sowie mit den beiden Thermometern (9, 13) in Verbindung steht und dass in der Frischwasserleitung (12) in Strömungsrichtung vor dem Flüssigkeitsbehälter (3) ein Dreiwegeventil oder ein T-Stück mit Stellventil (15) angeordnet sein kann und auch dieses Dreiwegeventil oder T-Stück mit Stellventil (15) funktionsbeeinflussend mit der Steuerung (14) verbunden ist.
Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abfallwasser nach bisher genannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Duschtasse auf der die Duschtasse im Fußboden aufnehmenden Seite mit einer Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohren berührend in Verbindung steht und die Kapillarrohrmatte bzw. mäanderförmig oder andersartig verlegten Rohren fluidtechnisch mit dem durchströmbaren Bereich (4) in Reihe geschaltet sind.