DE102020004061A1

DE102020004061A1 - Verfahren und System zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser

Info

Publication number: DE102020004061A1
Application number: DE102020004061.6A
Authority: DE
Inventors: Christoph von Bothmer-Schlegtendal
Original assignee: Uhrig Energie GmbH
Current assignee: Uhrig Energie GmbH
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2020-07-06
Publication date: 2022-01-13
Also published as: WO2022008415A1

Abstract

Verfahren zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser, aufweisend die Schritte:- Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle (10);- Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung (18) eines Abwasser-Wärmetauschers (4) eines Abwasserkanals (2);- Erwärmen oder Abkühlen des Wärmetauscherfluids mittels des Abwassers, wobei das Wärmetauscherfluid getrennt von dem Abwasser in dem Abwasser-Wärmetauscher (4) geführt wird; und- Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung (28) des Abwasser-Wärmetauschers (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Abkühlen von warmem Abwasser oder Erwärmen von kaltem Abwasser.
Bei warmem Abwasser kann es insbesondere aufgrund vermehrten Bakterienwachstums darin zu einer Geruchsentwicklung und damit insbesondere zu einer Belästigung von Anwohnern führen. Dieser Effekt kann bei erhöhten Außentemperaturen noch verstärkt werden.
Insbesondere bei industriellen Abwässern, die beispielsweise von chemischen Prozessen herrühren und eine erhöhte Temperatur von beispielsweise etwa 35°C bis etwa 85°C, etwa 50°C bis 70°C oder etwa 60°C aufweisen, ist es bekannt, mittels Zugabe von Chemikalien ein Bakterienwachstum darin und somit die dadurch entstehende Geruchsentwicklung zu vermeiden. Damit steigt aber die Belastung des Abwassers mit davon zu reinigenden Stoffen und somit ein Reinigungsaufwand solcher Abwässer.
Andererseits funktionieren Klärprozesse bei kaltem Abwasser, wie es insbesondere in kalten Regionen vorkommt, nur sehr eingeschränkt. Kaltes Abwasser kann insbesondere einer sehr kalten Umgebungsluft oder etwa einem Permafrostboden geschuldet sein. Beispielsweise findet eine Nitrifikation und/oder Denitrifikation bei einer Abwassertemperatur von unterhalb etwa 8°C nur sehr eingeschränkt statt.
Weiter sind Verfahren und Systeme zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser bekannt, bei denen in einem Abwasserkanal Wärmetauscher angeordnet sind, um die Wärme aus dem Abwasser aufzunehmen, womit das Abwasser auch abgekühlt wird. Beispielsweise in Europa beträgt die Temperatur des Abwassers im Winter durchschnittlich etwa 10°C bis etwa 12°C, im Sommer zwischen etwa 17°C und etwa 20°C. Bei der Wärmerückgewinnung aus Abwasser wird stets ein geschlossener Wärmetauscherfluid-Kreislauf verwendet, um in dem Kreislauf befindliche weitere Wärmetauscher zu beschicken, um die so gewonnene Wärme nutzen zu können und auch das Wärmetauscherfluid wieder auf ein niedriges Temperaturniveau abzukühlen, damit die Wärme erneut wirksam aus dem Abwasser von dem Wärmetauscherfluid aufgenommen werden kann.
Für eine wirksame Abkühlung oder Erwärmung, insbesondere der zuvor genannten warmen industriellen Abwässer oder kalten Abwässer, sind die herkömmlichen Verfahren und Systeme zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser aber nicht geeignet, da der mit den dabei verwendeten Mitteln sinnvoll erreichbare Unterschied des niedrigen Temperaturniveaus des Wärmetauscherfluids zum hohen Temperaturniveau des Abwassers zu gering ist bzw. ist ein Aufwand, immer wieder ein sinnvolles niedriges Temperaturniveau des Wärmetauscherfluids herzustellen, um solche Abwässer wirksam zu kühlen, sehr groß und damit unwirtschaftlich.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser zur Verfügung zu stellen, wobei mit reduziertem Aufwand ein hoher Wirkungsgrad bei der Abkühlung oder der Erwärmung des Abwassers erzielbar ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser, aufweisend die Schritte:

- Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle;
- Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung eines Abwasser-Wärmetauschers eines Abwasserkanals;
- Erwärmen oder Abkühlen des Wärmetauscherfluids mittels des Abwassers - und somit insbesondere Abkühlen oder Erwärmen des Abwassers - wobei das Wärmetauscherfluid getrennt von dem Abwasser in dem Abwasser-Wärmetauscher geführt wird; und
- Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers.

Ein Temperaturniveau einer natürlichen Wasserquelle bewegt sich ohne Dazutun in einem engen und niedrigen Bereich, insbesondere in Europa in einem Bereich von etwa 2°C bis etwa 26°C (siehe http://www.wasser-wissen.de/abwasserlexikon/w/wassertemperatur.htm). Beispielsweise kann die Temperatur des Grundwassers in europäischen Städten etwa 7°C bis etwa 16°C, in kalten Regionen etwa 5°C bis etwa 14°C betragen. Die Temperatur des Abwassers hingegen kann - wie zuvor erwähnt - beispielsweise in Europa im Winter durchschnittlich etwa 10°C bis etwa 12°C, im Sommer zwischen etwa 17°C und etwa 20°C betragen. In warmen Regionen kann das Abwasser aber auch eine Temperatur von bis zu etwa 40°C erreichen, wohingegen in kalten Regionen die Abwassertemperatur oft nur etwa 1°C bis etwa 4°C betragen kann. Im Vergleich zur Abwassertemperatur kann die Grundwassertemperatur also relativ konstant sein.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass somit ohne weiteren Einsatz technischer Mittel ein ausreichend großer Mindestunterschied zwischen einem niedrigen Temperaturniveau des Wärmetauscherfluids und einem Temperaturniveau des warmen oder kalten Abwassers gegeben ist, um das Abwasser wirksam und in ausreichendem Maß abzukühlen oder zu erwärmen.
Das Abwasser kann ein in einem Abwasserkanal geführtes Fluid sein, dem Wärme entzogen werden soll, insbesondere ein industrielles Abwasser, das beispielsweise von chemischen Prozessen herrührt und eine erhöhte Temperatur aufweist. Das warme Abwasser kann aber auch aus einem Haushalt stammen, also Schmutzwasser zusammen mit Regenwasser bei einem Mischsystem oder Schmutzwasser in einem vom nur gering verschmutzten Regenwasser getrennten Kanal in einem Trennsystem sein. Dabei enthält Schmutzwasser beispielsweise Grauwasser und/oder Schwarzwasser. Als Grauwasser wird fäkalienfreies, gering verschmutztes Abwasser bezeichnet, wie es etwa beim Händewaschen, Duschen, Baden oder beim Wäschewaschen anfällt. Schwarzwasser ist häusliches Abwasser ohne Grauwasser mit fäkalen Feststoffen. Das warme Abwasser kann eine Temperatur von beispielsweise etwa 35°C bis etwa 85°C, etwa 50°C bis 70°C oder etwa 60°C aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, Abwasser mit einer Temperatur von etwa 10°C bis etwa 20°C abzukühlen.
Der Abwasserkanal kann ein Kanalrohr zur Ableitung des Abwassers sein und kann beispielsweise als eine Freispiegelleitung mit Gefälle oder als eine Druckrohrleitung ausgebildet sein.
Das Abzweigen von Wasser kann mittels einer Abzweigvorrichtung erreicht werden, die beispielsweise als eine Ansaugleitung ausgebildet ist. Die Abzweigvorrichtung kann eine Pumpe aufweisen.
Das Zuführen des abgezweigten Wassers kann mittels einer Zuführeinrichtung erreicht werden, die beispielsweise als eine Zuführleitung ausgebildet ist.
Das abgezweigte Wasser kann insbesondere mittels der zuvor beschriebenen Zuführeinrichtung als Wärmetauscherfluid in die Vorlaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers eines Abwasserkanals zugeführt werden.
Das Wärmetauscherfluid kann ein natürlich vorkommendes Wasser sein, anders als bei bekannten Verfahren und Systemen zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser, bei denen das Wärmetauscherfluid üblicherweise eine Mischung aus Wasser und einem Alkohol ist.
Das Abführen oder Ableiten des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids kann mittels einer Abführeinrichtung oder Ableiteinrichtung erreicht werden, die insbesondere als eine Abführleitung ausgebildet sein kann, beispielsweise als eine Rohrleitung.
Das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid kann insbesondere mittels der Abführeinrichtung oder Ableiteinrichtung aus der Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers abgeführt oder abgeleitet werden.
Mit dem Begriff „Vorlauf“ sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Elemente bezeichnet, die die Zuführung des Wärmetauscherfluids zu dem Abwasser-Wärmetauscher betreffen und mit dem Begriff „Rücklauf‟ sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Elemente bezeichnet, die die Abführung des Wärmetauscherfluids aus dem Abwasser-Wärmetauscher betreffen. Mit anderen Worten kann die Vorlaufleitung auch als „Einlaufleitung“ oder „Zufuhrleitung“ bezeichnet werden, und/oder die Rücklaufleitung kann auch als „Auslaufleitung“ oder „Abführleitung“ bezeichnet werden.
Der Abwasser-Wärmetauscher kann von dem erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluid zumindest teilweise durchströmbar und/oder umströmbar sein.
Der Abwasser-Wärmetauscher kann mehrere fluidisch miteinander verbundene Abwasser-Wärmetauschermodule aufweisen, wobei Vorlaufleitungsabschnitte des jeweiligen Abwasser-Wärmetauschermoduls miteinander fluidisch zu der Vorlaufleitung verbunden sind und Rücklaufleitungsabschnitte des jeweiligen Abwasser-Wärmetauschermoduls miteinander fluidisch zu der Rücklaufleitung verbunden sind.
Zwischen dem Vorlaufleitungsabschnitt und dem Rücklaufleitungsabschnitt des Abwasser-Wärmetauschermoduls kann eine Wärmetauscherkammer ausgebildet sein, in der das Wärmetauscherfluid in einer internen Strömungsrichtung von einer Vorlaufseite zu einer Rücklaufseite strömen kann. Die interne Strömungsrichtung kann beispielsweise abwechselnd in und entgegen einer Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids gerichtet sein. Im Unterschied zu der internen Strömungsrichtung des Wärmetauscherfluids in der Wärmetauscherkammer kann die Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids, insbesondere die Strömungsrichtung des Wärmetauscherfluids in der Vorlaufleitung und in der Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers, dauerhaft entgegen einer Strömungsrichtung des Abwassers in dem Abwasserkanal gerichtet sein.
Alternativ oder zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Abwasser-Wärmetauschermodul kann das Abwasser-Wärmetauschermodul einen Hüllrohrabschnitt aufweisen, wobei der Hüllrohrabschnitt um den als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal herum ausgebildet ist und wobei das Wärmetauscherfluid in einem Ringraum zwischen dem Hüllrohrabschnitt und dem Abwasserkanal geführt ist.
Weiter alternativ oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Abwasser-Wärmetauschermodulen kann das Abwasser-Wärmetauschermodul einen Abwasserdruckleitungsabschnitt mit jeweils einem Flansch an den freien Enden des Abwasserdruckleitungsabschnitts und einen Hüllrohrabschnitt aufweisen, der im Wesentlichen konzentrisch um den Abwasserdruckleitungsabschnitt herum angeordnet und mit dem Wärmetauscherfluid speisbar ist. Die jeweiligen Abwasserdruckleitungsabschnitte mehrerer Abwasser-Wärmetauschermodule können mittels der Flansche miteinander zu einer Abwasserdruckleitung fluidisch verbindbar sein und die jeweiligen Hüllrohrabschnitte mehrerer Abwasser-Wärmetauschermodule können miteinander zu einer Hüllrohrleitung fluidisch verbindbar sein. Eine Wendel, mit anderen Worten ein schraubenlinienförmiges Element, kann in einem Ringraum zwischen dem Abwasserdruckleitungsabschnitt und dem Hüllrohrabschnitt angeordnet sein.
Der Hüllrohrabschnitt kann an seinen einander gegenüberliegenden Enden fluiddicht zu dem Abwasserdruckleitungsabschnitt ausgebildet sein.
Weiter kann an einander gegenüberliegenden Endabschnitten des Hüllrohrabschnitts jeweils ein Rohrbogen ausgebildet sein, wobei die jeweiligen Hüllrohrabschnitte mehrerer Abwasser-Wärmetauschermodule mittels der Rohrbögen miteinander zu einer Hüllrohrleitung fluidisch verbindbar sind.
Dabei können die Flansche der Abwasserdruckleitungsabschnitte und/oder die Rohrbögen der Hüllrohrabschnitte lösbar miteinander verbindbar sein oder alternativ dazu fest miteinander verbindbar sein.
Die Wendel kann, insbesondere in einem Bereich zwischen den Rohrbögen des Hüllrohrabschnitts, als mehrere in Axialrichtung des Abwasser-Wärmetauschermoduls voneinander beabstandete Einzelelemente ausgebildet sein oder in Axialrichtung des Abwasser-Wärmetauschermoduls durchgehend ausgebildet sein.
Die zuvor beschriebene Wendel kann insbesondere für eine höhere Durchmischung des Wärmetauscherfluids und somit für einen höheren Wirkungsgrad bei der Abkühlung des Abwassers sorgen.
Weiter insbesondere kann die Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids die gleiche Richtung sein wie eine interne Strömungsrichtung des Wärmetauscherfluids in dem Ringraum, wobei der Ringraum zwischen der Hüllrohrleitung und der Abwasserdruckleitung oder zwischen der Hüllrohrleitung und dem als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal ausgebildet sein kann.
Bevorzugt kann die Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids in dem Abwasser-Wärmetauscher der Strömungsrichtung des Abwassers in dem Abwasserkanal entgegengesetzt gerichtet sein. Dies kann eine Erhöhung der Aufnahme der Wärme aus dem Abwasser in das Wärmetauscherfluid und somit eine bessere Abkühlung des Abwassers bewirken.
Das zuvor beschriebene Abwasser-Wärmetauschermodul mit dem Abwasserdruckleitungsabschnitt und dem Hüllrohrabschnitt kann als eine Nebenleitung, auch Bypass genannt, ausgebildet sein, in die zumindest eine Teilmenge des Abwassers in dem Abwasserkanal abgezweigt und von der aus wieder dem Abwasserkanal zugeführt werden kann.
Insbesondere kann die Nebenleitung aus einem Abwassersumpf des Abwasserkanals mit dem Abwasser gespeist sein, wobei der Abwassersumpf an einem in Abwasserfließrichtung stromaufseitigen Endabschnitt der Nebenleitung angeordnet ist. Der Abwassersumpf kann in dem Abwasserkanal integriert oder separat davon ausgebildet sein.
Die Nebenleitung kann im Wesentlichen parallel zu dem Abwasserkanal ausgebildet sein.
Das Abwasser in der Nebenleitung kann einer durchschnittlichen Trockenwetterabflussmenge entsprechen. Die Trockenwetterabflussmenge kann mittels einer Schieber- / Ableiteinrichtung aus dem Abwasserkanal, insbesondere über den Abwassersumpf, in die Nebenleitung geleitet sein. Als Trockenwetterabfluss wird ein Schmutzwasserabfluss ohne Regenwasser bezeichnet, beispielsweise Grauwasser plus Schwarzwasser. Eine gegebenenfalls zusätzliche Regenwetterabflussmenge, also in der Regel Niederschlags- und/oder Schmelzwasser, kann weiter im Abwasserkanal abgeleitet sein.
Insbesondere kann das Wärmetauscherfluid aus Grundwasser, Seewasser, Flusswasser und/oder Meerwasser abgezweigt werden.
Mit der obigen Konfiguration kann der Wirkungsgrad des Verfahrens zum Abkühlen von warmem Abwasser weiter erhöht werden. Insbesondere bewegt sich ein Temperaturniveau von Grundwasser in einem eher schmalen Bereich von etwa 12°C bis etwa 15°C (siehe https://www.lfu.bayern.de/wasser/grundwassertemperatur/index.htm), insbesondere von etwa 7°C bis etwa 15°C, sodass beispielsweise bei der Verwendung von Grundwasser als Wärmetauscherfluid ein nur gering schwankender Unterschied zwischen dem niedrigen Temperaturniveau des Wärmetauscherfluids und dem Temperaturniveau des abzukühlenden oder zu erwärmenden Abwassers gegeben ist.
Insbesondere kann das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid aus der Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers in einen Vorfluter oder in einen Versickerungsschacht, insbesondere einen Grundwasserversickerungsschacht, abgeführt werden.
Beispielsweise kann der Vorfluter ein See, ein Fluss oder Grundwasser sein.
Mit der obigen Konfiguration kann weiter unter Verwendung einfacher Mittel der Wirkungsgrad beim Abkühlen des Abwassers erhöht werden. Bei der Abführung des erwärmten Wärmetauscherfluids in einen Vorfluter oder Versickerungsschacht sollten selbstverständlich die jeweiligen Vorschriften über die maximale Temperatur von Abwasser, als das das Wärmetauscherfluid dann wohl gilt, beim Abführen oder Einleiten in Gewässer beachtet werden.
Insbesondere kann das Wärmetauscherfluid mittels einer Pumpe in die Vorlaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers zugeführt werden.
Mit der obigen Konfiguration kann eine sichere Zuführung des Wärmetauscherfluids zum Abwasser-Wärmetauscher gewährleistet werden.
Alternativ dazu kann das Wärmetauscherfluid mittels einer nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren arbeitenden Heberleitung in die Vorlaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers zugeführt werden.
Im Fall der Verwendung der Heberleitung kann diese als kombinierte Abzweig- und Zuführvorrichtung ausgebildet sein.
Mit der obigen Konfiguration kann der Wirkungsgrad beim Abkühlen des Abwassers weiter unter Verwendung einfacher Mittel erhöht werden. Insbesondere kann das Wärmetauscherfluid ohne weitere Hilfsenergie alleine mittels des hydrostatischen Drucks dem Abwasser-Wärmetauscher zugeführt werden.
Vorteilhafterweise kann eine Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids einer Strömungsrichtung des Abwassers entgegengesetzt gerichtet werden.
Mit der obigen Konfiguration kann eine Erhöhung der Aufnahme der Wärme aus dem Abwasser in das Wärmetauscherfluid und somit eine bessere Abkühlung des Abwassers bewirkt werden.
Ein weiterer Aspekt betrifft ein System zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser, aufweisend eine Abzweigvorrichtung zum Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle; einen Abwasserkanal; einen Abwasser-Wärmetauscher des Abwasserkanals; eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers; und eine Abführeinrichtung zum Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers.
Die Vorteile des Systems zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser ergeben sich analog aus den zum oben beschriebenen Verfahren genannten Merkmalen und deren Vorteilen.
Vorteilhafterweise kann das System konfiguriert sein, um das Wärmetauscherfluid aus Grundwasser, geothermischen Tiefbohrungen, Seewasser, Flusswasser und/oder Meerwasser abzuzweigen.
Mit der obigen Konfiguration kann der Wirkungsgrad des Systems zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser erhöht werden. Wie zuvor beschrieben, kann sich ein Temperaturniveau von Grundwasser in einem eher schmalen Bereich von etwa 7°C bis etwa 15°C bewegen, sodass beispielsweise bei der Verwendung von Grundwasser als Wärmetauscherfluid ein nur gering schwankender Unterschied zwischen dem Temperaturniveau des Wärmetauscherfluids und dem Temperaturniveau des abzukühlenden oder zu erwärmenden Abwassers gegeben ist.
Weiter vorteilhaft kann das System konfiguriert sein, um das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid aus der Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers in einen Vorfluter oder in einen Versickerungsschacht, insbesondere einen Grundwasserversickerungsschacht, abzuführen.
Wie zuvor schon beschrieben, kann der Vorfluter beispielsweise ein See, ein Fluss oder Grundwasser sein.
Mit der obigen Konfiguration kann weiter unter Verwendung einfacher Mittel der Wirkungsgrad beim Abkühlen oder Erwärmen des Abwassers erhöht werden. Bei der Abführung des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids in den Vorfluter oder Versickerungsschacht sollten selbstverständlich die jeweiligen Vorschriften über die maximale oder minimale Temperatur von Abwasser, als das das Wärmetauscherfluid dann wohl gilt, beim Abführen oder Einleiten in Gewässer beachtet werden.
Bevorzugt kann der Abwasser-Wärmetauscher mehrere fluidisch miteinander verbundene Abwasser-Wärmetauschermodule aufweisen.
Insbesondere kann ein Hüllrohrabschnitt des Abwasser-Wärmetauschermoduls um den als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal herum ausgebildet sein und das Wärmetauscherfluid in einem Ringraum zwischen dem Hüllrohrabschnitt und dem Abwasserkanal geführt sein.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Abwasser-Wärmetauschermodul mit einem Hüllrohrabschnitt und einem Abwasserdruckrohrabschnitt als Nebenleitung zu dem als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal ausgebildet sein, wobei der Hüllrohrabschnitt um den Abwasserdruckrohrabschnitt herum ausgebildet sein kann und das Wärmetauscherfluid in einem Ringraum zwischen dem Hüllrohrabschnitt und dem Abwasserkanal geführt sein kann.
Weiter alternativ oder zusätzlich dazu kann das Abwasser-Wärmetauschermodul mit einer Wärmetauscherkammer in dem Abwasserkanal ausgebildet sein, wobei in der Wärmetauscherkammer das Wärmetauscherfluid geführt sein kann.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems zum Abkühlen von warmem Abwasser anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, und dass einzelne Merkmale davon zu weiteren Ausführungsbeispielen kombiniert werden können.
Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines Längsschnitts eines erfindungsgemäßen Systems zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Seitenansicht eines Längsschnitts des Systems gemäß 1;
3 eine Draufsicht eines Längsschnitts eines erfindungsgemäßen Systems zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine Seitenansicht eines Längsschnitts des Systems gemäß 3;
5 eine vergrößertes Detail einer Draufsicht auf Abwasser-Wärmetauscher gemäß einem Ausführungsbeispiel, die in den Systemen gemäß den 1 - 4 verwendet werden; und
6 eine vergrößerte Vorderansicht eines Querschnitts durch einen Abwasserkanal mit dem Abwasser-Wärmetauscher gemäß 5.

Ein erfindungsgemäßes System 1 zum Abkühlen von warmem Abwasser oder Erwärmen von kaltem Abwasser gemäß einem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend in Bezug auf dessen in 1 gezeigte Draufsicht eines Längsschnitts und dessen in 2 gezeigte Seitenansicht eines Längsschnitts beschrieben.
Ein Abwasserkanal 2 des Systems 1 mit Abwasser weist einen Abwasser-Wärmetauscher 4 auf, wobei der Abwasser-Wärmetauscher 4 wie dargestellt als mehrere in dem Abwasserkanal 2 angeordnete und fluidisch miteinander verbundene Abwasser-Wärmetauschermodule 6 ausgebildet sein kann. Der Abwasserkanal 2 kann wie dargestellt als Freispiegelleitung (siehe auch 6) oder als Druckrohrleitung ausgebildet sein.
Weiter weist das System 1 eine Abzweigvorrichtung 8 zum Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle 10 auf, wobei die natürlich vorkommende Wasserquelle 10 Grundwasser sein kann. Beispielsweise kann die Abzweigvorrichtung wie dargestellt eine Ansaugleitung 12 aufweisen, die in einen Grundwasserbrunnen 14 zum Ansaugen des Grundwassers eingeführt ist.
Das System 1 weist weiter eine Zuführeinrichtung 16 zum Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung 18 des Abwasser-Wärmetauschers 4 auf. Wie dargestellt, kann die Zuführeinrichtung 16 eine Pumpe 20 und eine Zuführleitung 22 aufweisen, mittels der das Grundwasser angesaugt und der Vorlaufleitung 18 des Abwasser-Wärmetauschers 4 zugeführt ist, wobei die Vorlaufleitung 18 beispielsweise wie dargestellt über einen Vertikalschacht 24 in den Abwasserkanal 2 geführt sein kann.
Ebenso weist das System 1 eine Abführeinrichtung 26 zum Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung 28 des Abwasser-Wärmetauschers 4 auf, wobei die Abführeinrichtung 26 als eine Abführleitung 30 ausgebildet sein kann, die das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid vorzugsweise in einen Vorfluter 32 oder ein offenes Gewässer abführen kann, beispielsweise wie dargestellt über einen weiteren Vertikalschacht 34 in einen Fluss 36.
Insbesondere können wie dargestellt die Abzweigvorrichtung 8 und die Zuführeinrichtung 16 derart angeordnet sein, dass eine Hauptströmungsrichtung 38 des Wärmetauscherfluids einer Strömungsrichtung 40 des Abwassers entgegengesetzt gerichtet ist, wie nachfolgend zu 5 näher beschrieben.
Nachfolgend wird eine Funktionsweise des Systems 1 zum Abkühlen von warmem Abwasser oder Erwärmen von kaltem Abwasser gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben:

Grundwasser aus dem Grundwasserbrunnen 14 kann mittels der Abzweigvorrichtung 8 abgezweigt, insbesondere aus dem Grundwasserbrunnen 14 gepumpt, und mittels der Zuführeinrichtung 16 der Vorlaufleitung 18 des Abwasser-Wärmetauschers 4 als Wärmetauscherfluid zugeführt werden.

Die Hauptströmungsrichtung 38 des Wärmetauscherfluids in dem Abwasser-Wärmetauscher 4 kann bevorzugt der Strömungsrichtung 40 des Abwassers in dem Abwasserkanal 2 entgegengesetzt gerichtet sein. Dadurch kann eine Aufnahme der Wärme oder der Kälte aus dem Abwasser in das Wärmetauscherfluid erhöht werden.
Das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid kann mittels der Abführeinrichtung 26 aus der Rücklaufleitung 28 des Abwasser-Wärmetauschers 4 bevorzugt in einen Vorfluter 32 eingeleitet werden, beispielsweise in einen Fluss 36.
In Bezug auf dessen in 3 gezeigte Draufsicht eines Längsschnitts und dessen in 4 gezeigte Seitenansicht eines Längsschnitts wird nachfolgend ein weiteres erfindungsgemäßes System 1 zum Abkühlen von warmem Abwasser oder Erwärmen von kaltem Abwasser gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das weitere System 42 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel ist dem zuvor in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen System 1 sehr ähnlich, deshalb sollen nachfolgend lediglich die Unterschiede des weiteren Systems 42 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
Das weitere System 42 gemäß dem weiteren Ausführungsbeispiel weist ebenfalls eine Abführeinrichtung 26 zum Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung 28 des Abwasser-Wärmetauschers 4 auf, wobei die Abführeinrichtung 26 als eine Abführleitung 30 ausgebildet sein kann, die das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid vorzugsweise in einen Versickerungsschacht 44 abführen kann, beispielsweise über den weiteren Vertikalschacht 34 in einen Grundwasserversickerungsschacht 46.
Eine Funktionsweise des weiteren Systems 42 zum Abkühlen von warmem Abwasser oder Erwärmen von kaltem Abwasser gemäß dem in 3 und 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist der Funktionsweise des Systems 1 gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sehr ähnlich.
Im Unterschied zu dem System 1 gemäß dem in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann bei dem weiteren System 42 gemäß dem in 3 und 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid vorzugsweise mittels der als eine Abführleitung 30 ausgebildeten Abführeinrichtung 26 in einen Versickerungsschacht 44 abgeführt werden, beispielsweise wie dargestellt über den weiteren Vertikalschacht 34 in den Grundwasserversickerungsschacht 46.
In dem zuvor beschriebenen System 1 und dem weiteren System 42 gemäß den in den 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispielen verwendete Abwasser-Wärmetauscher 4 werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels des Abwasser-Wärmetauschers 4 in Bezug auf dessen in 5 gezeigte Draufsicht und dessen in 6 gezeigten Vorderansicht eines Querschnitts beschrieben.
Der Abwasser-Wärmetauscher 4 kann mehrere fluidisch miteinander verbundene Abwasser-Wärmetauschermodule 6 aufweisen, wobei Vorlaufleitungsabschnitte 48 des jeweiligen Abwasser-Wärmetauschermoduls 6 miteinander fluidisch zu der Vorlaufleitung 18 verbunden sind und Rücklaufleitungsabschnitte 50 des jeweiligen Abwasser-Wärmetauschermoduls 6 miteinander fluidisch zu der Rücklaufleitung 28 verbunden sind.
Zwischen dem Vorlaufleitungsabschnitt 48 und dem Rücklaufleitungsabschnitt 50 des Abwasser-Wärmetauschermoduls 6 kann eine Wärmetauscherkammer 52 ausgebildet sein, in der das Wärmetauscherfluid in einer beispielsweise abwechselnd in und entgegen der Hauptströmungsrichtung 38 des Wärmetauscherfluids gerichteten internen Strömungsrichtung 54 von einer Vorlaufseite VS zu einer Rücklaufseite RS strömen kann.
Somit kann die Hauptströmungsrichtung 38 des Wärmetauscherfluids in dem Abwasser-Wärmetauscher 4 auch bevorzugt der Strömungsrichtung 40 des Abwassers in dem Abwasserkanal 2 entgegengesetzt gerichtet sein. Dies kann eine Erhöhung der Aufnahme der Wärme oder der Kälte aus dem Abwasser in das Wärmetauscherfluid und somit eine bessere Abkühlung oder Erwärmung des Abwassers bewirken.
Wie in 6 gezeigt, kann das Abwasser-Wärmetauschermodul 6 und/oder dessen Wärmetauscherkammer 52 in der Vorderansicht eines Querschnitts gesehen eine radial nach außen gerichtete Wölbung aufweisen. Der Querschnitt verläuft entlang des in den 1 und 3 angegebenen Schnittverlaufs A-A.
Die Wölbung kann beispielsweise einen Radius von etwa 1.000 mm aufweisen. In einem Abwasserkanal mit 2.000 mm Durchmesser würde das Abwasser-Wärmetauschermodul 6 also vollflächig aufliegen.
Für einen Abwasserkanal 2 mit kleinerem Durchmesser kann der Radius der Wölbung entsprechend kleiner gewählt sein. Bei einem Abwasserkanal 2 mit größerem Durchmesser kann der Radius der Wölbung entsprechend größer gewählt werden.
Wie weiter dargestellt, kann der Abwasserkanal 2 als ein Freispiegelrohr mit Gefälle (siehe auch 2 und 4) ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste

1: System zum Abkühlen von warmem Abwasser
2: Abwasserkanal
4: Abwasser-Wärmetauscher
6: Abwasser-Wärmetauschermodul
8: Abzweigvorrichtung
10: Wasserquelle
12: Ansaugleitung
14: Grundwasserbrunnen
16: Zuführeinrichtung
18: Vorlaufleitung
20: Pumpe
22: Zuführleitung
24: Vertikalschacht
26: Abführeinrichtung
28: Rücklaufleitung
30: Abführleitung
32: Vorfluter
34: weiterer Vertikalschacht
36: Fluss
38: Hauptströmungsrichtung des Wärmetauscherfluids
40: Strömungsrichtung des Abwassers
42: weiteres System
44: Versickerungsschacht
46: Grundwasserversickerungsschacht
48: Vorlaufleitungsabschnitt
50: Rücklaufleitungsabschnitt
52: Wärmetauscherkammer
54: interne Strömungsrichtung des Wärmetauscherfluids
VS: Vorlaufseite
RS: Rücklaufseite

Claims

Verfahren zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser, aufweisend die Schritte: - Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle (10); - Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung (18) eines Abwasser-Wärmetauschers (4) eines Abwasserkanals (2); - Erwärmen oder Abkühlen des Wärmetauscherfluids mittels des Abwassers, wobei das Wärmetauscherfluid getrennt von dem Abwasser in dem Abwasser-Wärmetauscher (4) geführt wird; und - Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung (28) des Abwasser-Wärmetauschers (4).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmetauscherfluid aus Grundwasser, Seewasser, Flusswasser und/oder Meerwasser abgezweigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid aus der Rücklaufleitung (28) des Abwasser-Wärmetauschers (4) in einen Vorfluter (32) oder in einen Versickerungsschacht (44), insbesondere einen Grundwasserversickerungsschacht, abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wärmetauscherfluid mittels einer Pumpe (20) oder mittels einer nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren arbeitenden Heberleitung in die Vorlaufleitung (18) des Abwasser-Wärmetauschers (4) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Hauptströmungsrichtung (38) des Wärmetauscherfluids einer Strömungsrichtung (40) des Abwassers entgegengesetzt gerichtet wird.
System (1, 42) zum Abkühlen oder Erwärmen von Abwasser, aufweisend: eine Abzweigvorrichtung zum Abzweigen von Wasser aus einer natürlich vorkommenden Wasserquelle; einen Abwasserkanal; einen Abwasser-Wärmetauscher des Abwasserkanals; eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des abgezweigten Wassers als Wärmetauscherfluid in eine Vorlaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers; und eine Abführeinrichtung zum Abführen des erwärmten oder abgekühlten Wärmetauscherfluids aus einer Rücklaufleitung des Abwasser-Wärmetauschers.
System (1, 42) nach Anspruch 6, das konfiguriert ist, um das Wärmetauscherfluid aus Grundwasser, geothermischen Tiefbohrungen, Seewasser, Flusswasser und/oder Meerwasser abzuzweigen.
System (1, 42) nach Anspruch 6 oder 7, das konfiguriert ist, um das erwärmte oder abgekühlte Wärmetauscherfluid aus der Rücklaufleitung (28) des Abwasser-Wärmetauschers (4) in einen Vorfluter (32) oder in einen Versickerungsschacht (44), insbesondere einen Grundwasserversickerungsschacht, abzuführen.
System (1, 42) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abwasser-Wärmetauscher (4) mehrere fluidisch miteinander verbundene Abwasser-Wärmetauschermodule (6) aufweist.
System (1, 42) nach Anspruch 9, wobei ein Hüllrohrabschnitt des Abwasser-Wärmetauschermoduls (6) um den als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal (2) herum ausgebildet ist und wobei das Wärmetauscherfluid in einem Ringraum zwischen dem Hüllrohrabschnitt und dem Abwasserkanal (2) geführt ist.
System (1, 42) nach Anspruch 9, wobei das Abwasser-Wärmetauschermodul (6) mit einem Hüllrohrabschnitt und einem Abwasserdruckrohrabschnitt als Nebenleitung zu dem als Druckrohrleitung ausgebildeten Abwasserkanal (2) ausgebildet ist, wobei der Hüllrohrabschnitt um den Abwasserdruckrohrabschnitt herum ausgebildet ist und wobei das Wärmetauscherfluid in einem Ringraum zwischen dem Hüllrohrabschnitt und dem Abwasserkanal (2) geführt ist.
System (1, 42) nach Anspruch 9, wobei das Abwasser-Wärmetauschermodul (6) mit einer Wärmetauscherkammer (52) in dem Abwasserkanal (2) ausgebildet ist, wobei in der Wärmetauscherkammer (52) das Wärmetauscherfluid geführt ist.