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Die Erfindung betrifft einen Behälter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Aufwärmen vom Abwasser oder zur Rückgewinnung von Wärmeenergie daraus.
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Insbesondere in mehrstöckigen Häusern entsteht sogenanntes graues oder schwarzes Abwasser in grossen Mengen. Wegen dieser grossen Abwassermengen ist die am Abwasser gebundene Wärmeenergie (ca 10 bis 30% von der abtransportierten Abwärme eines mehrstöckigen Hauses) jedoch signifikant trotz der relativ niedrigen Temperatur der Abwässer (ca. 20 bis 30°C), im Bereich zwischen 10 und 100°C.
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Unter anderem wegen der niedrigen Temperaturen der Abwässer gibt es zur Zeit kein effizientes kommerzielles System zur Rückgewinnung von Abwärme, was die Ausnutzung dieser Energieströmung bei Anwendungen, die höhere Energietemperaturen erfordern, wie z. B. bei der Fernwärme, beschränkt.
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Das Ziel der Erfindung ist die Abschaffung dieses Nachteils im Stand der Technik und Bereitstellung einer effizienten Vorrichtung zur Rückgewinnung von Wärmeenergie, die insbesondere an den grauen und schwarzen Abwässern der mehrstöckigen Häuser gebunden ist.
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Die Erfindung betrifft einen Behälter nach Anspruch 1 zur Aufwärmung von Abwasser oder zur Rückgewinnung deren Wärmeenergie.
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Genauer gesagt, die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufwärmung von Abwasser oder zur Rückgewinnung deren Wärmeenergie. Der Behälter weist einen ersten Einlassanschluss für das Zuflussrohr des Abwassers und einen ersten Auslassanschluss für das Abflussrohr des Abwassers auf. Das im Innenraum des Behälters zwischen dem Einlassanschluss des Zuflussrohrs und dem Auslassanschluss verlaufende Abwasserrohr ist durchgehend und spiralartig angeordnet, und weiterhin umfasst der Behälter wenigstens einen anderen Einlassanschluss für das Zuflussrohr der Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Behälter zugeführt wird, und wenigstens einen anderen Auslassanschluss für das Abflussrohr der Wärmeübertragungsflüssigkeit, die aus dem Behälter abgeführt wird, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit im Innenraum des Behälters entweder zur Wiedergewinnung der Wärmeenergie aus dem Abwasser oder zur Abgabe von Wärmeenergie ans Abwasser, das im Abwasserrohr im freien Innenraum des Behälters fliesst, ausgelegt ist.
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Die Grundlage der Erfindung ist die Tatsache, dass das in dem Behälter zugeführte Abwasser durch den Behälter hindurch im spiralförmigen Abwasserrohr läuft, wobei die Wärmeübertragungsfläche durch die Spiralform vergrössert wird. Die Energie des durch das spiralförmige Abwasserrohr laufenden Abwassers mit einer relativ niedrigigen Temperatur wird entweder an die im Behälter das Rohr umgebende Wärmeübertragungsflüssigkeit mit einer Temperatur, die niedriger ist als die des Abwassers, wie z. B. an die Wärme empfangende Flüssigkeit in einem Primärkreis eines Heizungssystems mit einer Wärmepumpe, übertragen, oder das Abwasser wird zum Empfang der überschüssigen Energie aus der Wärmeübertragungsflüssigkeit oder Kälte- oder Kühlflüssigkeit im Kondensationskreis eines Gebäudekühlsystems benutzt.
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In dieser Anmeldung wird unter Abwasser unsauberes oder sauberes Wasser mit einer relativ niedrigen Temperatur gemeint; das heisst, entweder sogenanntes graues oder schwarzes, traditionell als Abwasser eingestuftes Abwasser aus einer Küche, Sauna, Dusche, usw. oder auch Kondenswasser aus einem Heizungs- oder Kühlsystem eines Gebäudes.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Einlassanschluss des Zuflussrohres für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Behälter zugeführt wird, und dem Auslassanschluss des Abflussrohrs für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die aus dem Behälter abgeführt wird, durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit im freien Innenraum des Behälters bereitgestellt, wobei bevorzugt die Wärmeübertragungsflüssigkeit die Kühlflüssigkeit im Kondensationskreis eines Gebäudekühlsystems ist, die innerhalb des Behälters kondensiert wird. In diesem Fall fliesst die Kühlflussigkeit hauptsächlich in die entgegengesetzte Richtung hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers innerhalb des Behälters. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Temperatur der Kühlflüssigkeit im Kondensationskreis eines Kühlsystems durch die Wärme des im Behälter fliessenden Abwasserstroms gesenkt werden kann, wobei die erforderliche Kompressorleistung des Kältematerials gesenkt und die Gesamtleistung der Wärmepumpe erhöht werden können.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Einlassanschluss des Zuflussrohres für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Behälter zugeführt wird, und dem Auslassanschluss des Abflussrohrs für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die aus dem Behälter abgeführt wird, durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit im freien Innenraum des Behälters bereitgestellt, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit eine Wärmesammelflüssigkeit ist, die in einem Primärkreis eines Heizungssystems mit einer Wärmepumpe fliesst oder mit dem Primärkreis in einer Flüssigkeitsverbindung steht. In diesem Fall fliesst die Wärmesammelflussigkeit hauptsächlich in die entgegengesetzte Richtung hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers innerhalb des Behälters. Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass die Temperatur der Sammelflüssigkeit der Wärmepumpe durch die Wärme des im Innenraum des Behälters fliessenden Abwasserstroms erhöht werden kann. Dies erhöht seinerseits sowohl den Verdampfungsdruck des Kältematerials der Wärmepumpe als auch die Gesamtleistung der Wärmepumpe (COP).
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein durchgehendes spiralförmiges Wärmeübertragungsrohr zwischen dem Einlassanschluss des Zuflussrohres für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die in den Behälter zugeführt wird, und dem Auslassanschluss des Abflussrohrs für das Wärmeübertragungsflüssigkeit, die aus dem Behälter abgeführt wird, angeordnet, wobei das Rohr mit der Aussenoberfläche des spiralförmigen Abwasserrohres zumindest über einer Teillänge des Abwasserrohres verläuft. Im spiralförmigen Wärmeübertragungsrohr fliesst entweder das aufzuwärmende Nutzwasser oder eine andere aufzuwärmende Wärmeübertragungsflüssigkeit, wobei das Wasser oder die Flüssigkeit hauptsächlich in die entgegengesetzte Richtung hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers innerhalb des Behälters fliesst. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung hat man den Vorteil, dass die Temperatur des Nutzwassers oder einer anderen Wärmeübertragungsflüssigkeit durch die Wärme des im Behälter fliessenden Abwasserstroms effektiv erhöht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein spiralförmiges Wärmeübertragungsrohr am Behälter vorgesehen, wobei die Kühlflüssigkeit hauptsächlich in entgenengesetzte Richtung hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers im Innenraum des Behälters wie oben beschrieben fliesst. Mit dieser Ausführungsform der Erfindung erreicht man den Vorteil, dass die Temperatur der im Kondensationkreis des Kühlsystems fliessenden Kühlflüssigkeit mit der Wärme des im Innenraum des Behälters fliessenden Abwasserstroms erst erniedrigt, und danach die Temperatur des im spiralförmigen Wärmeübertragungsrohr, insbesondere in der Vorwärmespirale des Nutzwassers fliessenden Nutzwassers mit der Wärmeenenergie des im spiralförmigen Abwasserrohr fliessenden Abwasser mit einer höheren Temperatur erhöht werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter zur Druckbeaufschlagung mit einem doppelwandigen Mantel ausgestattet. Der Vorteil dieses Behälteraufbaus ist die Tatsache, dass die Wärmeübertragungsflüssigkeit w. B. die Kühlflüssigkeit in den Innenraum des Behälters oder in den Mantel mit Überdruck zugeführt werden kann.
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Der Ausdruck ”die Wärmeübertragungsflüssigkeit fliesst hauptsächlich in die entgegengesetzte oder in die selbe Richtung hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers innerhalb des Behälters” bedeutet, dass die durchschnittliche Fliessrichtung des Abwassers im Behälter parallel zur Mittellinie des spiralförmigen Abwasserrohrs verläuft, obwohl dessen Fliessrichtung innerhalb des spiralförmigen Abwasserrohrs sich ständig ändert. Auch die Fliessrichtung der Wärmeübertragungsflüssigkeit kann u. a. wegen anderer Bauteile innerhalb des Behälters und der Form des Behälters variieren. Deren Fliessrichtung ist jedoch hauptsächlich oder zum grössten Teil dieselbe oder entgegengesetzt hinsichtlich der Fliessrichtung des im spiralförmigen Abwasserrohr fliessenden Abwassers, die ihrerseits parallel zur Mittellinie L des spiralförmigen Abwasserrohrs verläuft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein oder mehrere Wärmeübertragungsrohr/-rohre der in den Behälter zugeführten Wärmeübertragungsflüssigkeiten innerhalb der sich durch das spiralförmige Abwasserrohr bildenden Spirale angeordnet. Vorzugsweise sind die innerhalb der Spirale des spiralförmigen Abwasserrohrs verlaufende Wärmeübertragungsrohre spiralförmig zumindest über einer Teillänge des Wärmeübertragungsrohrs, und zwar mit der Teillänge, die an den spiralförmigen Abwasserrohren liegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die spiralförmige Wärmeübertragungsrohre, die innerhalb der sich durch das spiralförmige Abwasserrohr des Behälters bildenden Spirale verlaufen, innerhalb der sich durch das spiralförmige Abwasserrohr des Behälters bildenden Spirale als Spirale mit unterschiedlichen Grössen angeordnet, wodurch die Spirale der Wärmeübertragungsrohre gegenseitig und hinsichtlich des spiralförmigen Abwasserrohrs ineinander angeordnet werden können. Alternativ haben die spiralförmige Wärmeübertragungsrohre der Wärmeübertragungsflüssigkeiten die gleiche Grösse. Bevorzugt sind die spiralförmige Wärmeübertragungsrohre im Behälter nebeneinander oder gegenseitig versetzt angeordnet.
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Wegen einerseits einer geringeren Entfernung und andererseits einer vergrösserten Wärmeübertragungsfläche haben die spiralförmigen Wärmeübertragungsrohre nach den oben dargestellten Ausführungsformen den Vorteil, dass die Wärmeübertragung effizienter ist. Darüber hinaus sind die effizientere Ausnutzung des notwändigen Raumes und überhaupt die Verbesserung des Wärmeaustausches und vielseitige Ausnutzung der Wärme- und Kühlquellen in einem und demselben Behälter vorteilhaft.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein oder mehrere Wärmeübertragungsrohr/-rohre in parallele kleinere Wärmeübertragungsrohre geteilt werden. Ein einzelnes Wärmeübertragungsrohr kann in bis zu 10 kleinere Wärmeübertragungsrohre geteilt werden, die im Behälter zur Wärmeübertragung verlaufen und sich zu einem einzigen grösseren Rohr vereinigen. Bevorzugt teilen sich die Wärmeübertragungsrohre an den im Behälter befindlichen Teilen in kleinere Wärmeübertragungsrohre und vereinigen sich wieder zu einem grösseren Rohr. Es ist auch möglich, dass die Wärmeübertragungsrohre sich vor dem Einlassaschluss, oder nach dem Auslassanschluss des Behälters teilen.
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Bevorzugt teilt sich ein einzelnes Wärmeübertragungsrohr in 2 bis 6, optimalerweise in 3 bis 5 kleinere Rohre für die beste Wärmeübertragung und den besten Wärmeaustausch. Bevorzugt verlaufen die geteilten Rohre innerhalb der vom spiralförmigen Abwasserrohr gebildeten Spirale.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die geteilten Wärmeübertragungsrohre, die innerhalb der vom spiralförmigen Abwasserrohr gebildeten Spirale verlaufen, zumindest über ihre Teillänge in der Mitte der vom spiralförmigen Abwasserrohr gebildeten Spirale angeordnet. Dies hat den Vorteil einer effizienteren Wärmeübertragung, einer effizienteren Wärmeaustausch und einer vergrösserten Wärmeaustauschfläche!
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fliessrichtung des Abwassers innerhalb des Abwasserrohrs des Behälters entgegengesetzt hinsichtlich der Fliessrichtung der Wärmeübertragungsflüssigkeit des Behälters. Entgegengesetzte Fliessrichtungen vergrössern die Effizienz des Wärmeaustausches. Die Wärmeübertragungsflüssigkeit des Behälters kann im freien Innenraum des Behälters oder in einem separaten Rohr im Behälter fliessen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Ausgangsanschluss für das Abwasserabflussrohr höher als der erste Einlassanschluss des Abwassetzuflussrohrs angeordnet, und dadurch fliesst das Abwasser im Abwasserrohr im Innenraum des Behälters hinsichtlich der Wirkungsrichtung der Schwerkraft von unten nach oben, bevorzugt angetrieben vom durch die Schwerkraft hervorgerufenen hydrostatischen Druck oder von einer Pumpe. Nachdem das Abwasser von unten nach oben zum Fliessen gebracht worden ist, erreicht man einen effizienteren Wärmeaustausch und dadurch auch eine effizientere Rückgewinnung der Wärme durch die längere Dauer des Wärmeaustausches oder der Rückgewinnung der Wärme.
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Im Folgenden wird die Erfindung detaillier mit Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen erläutert, in denen die
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den Behälter im Längsschnitt zeigt, wobei im Behälter zwei eng beieinander verlaufende spiralförmige Rohre für das Abwasser und die Wärmeübertragungsflüssigkeit vorliegen;
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einen anderen Behälter auch im Längsschnitt zeigt, wobei im Behälter ein spiralförmiges Abwasserrohr vorliegt und im Innenraum des Behälters die Wärmesammelflüssigkeit der Wärmepumpe umfliesst;
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einen weiteren Behälter im Längsschnitt zeigt, wobei im Behälter ein spiralförmiges Abwasserrohr angeordnet ist und im Innenraum des Behälters die Wärmesammelflüssigkeit der Wärmepumpe umfliesst.
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Zunächst werden die Hauptbauteile nach den bis und Funktionen dargestellt.
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Die zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der der Behälter 1 zylinderförmig ist, wobei der Aussenmantel 12 des Behälters eine senkrechte Seitenwand 1; 1a mit einem ringförmigen Querschnitt aufweist, die zwischen dem horizontalen Deckel 1; 1b und dem horizontalen Boden 1; 1c des Behälters steht. Der Behälter 1 ist bis auf einen Einlassanschluss 21 am Deckel 1; 1b für das Zuflussrohr 2a des Abwassers 200 in den Behälter, und einen Auslassanschluss 22 am Boden 1; 1c für das Abfuhrrohr 2; 2b des Abwassers 200 aus dem Behälter geschlossen. Ein durchgehendes Abwasserrohr 2; 2c verläuft zwischen dem Einlassanschluss 21 für das Zuflussrohr 2, 2a des Abwassers 200 und dem Auslassanschluss 22 für das Abfuhrrohr 2; 2b des Abwassers 200 im Innenraum des 10 Behälters, wobei das Abwasserrohr 2; 2c zur Vergrösserung der Wärmeübertragungsfläche spiralförmig angeordnet ist. Die Mittellinie L des Abwasserrohrs ist in der Abbildung mit einer gestrichelten Linie angezeigt. Weiterhin sind ein Einlassanschluss 31 für das Zuflussrohr 3; 3a der Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 durch den unteren Teil der Seitenwand 1; 1a des Mantels des geschlossenen Behälters 1 und ein Auslassanschluss 32 für das Abflussrohr 3; 3b der Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 durch den oberen Teil der Seitenwand 1; 1a des Mantels des geschlossenen Behälters 1 angeordnet. Zwischen dem Einlassanschluss 31 für das Zuflussrohr und dem Auslassanschluss 32 für das Abflussrohr der Wärmeübertragungsflüssigkeit ist ein spiralförmiges Beförderungsrohr 3; 3c der Wärmeübertragungsflüssigkeit angeordnet. In der ist die Mittellinie des Beförderungsrohrs mit dem Symbol N versehen, und im allgemeinen ist die Mittellinie des Beförderungsrohrs 3; 3c parallel zur Mittellinie L des Abwasserrohrs 2; 2c und verläuft in einer bestimmten Entfernung davon. Vorzugsweise ist die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 Nutzwasser, das im spiralförmigen Vorwärmerohr, d. h. im Beförderungsrohr 3; 3c des Nutzwassers wie z. B. in der Vorwärmespirale des Nutzwassers im Innenraum 10 des Behälters fliesst. Das spiralförmige Vorwärmerohr 3; 3c des Abwassers 200 verläuft mit dem spiralförmigen Abwasserrohr 2; 2c zumindest über eine Teillänge des Abwasserrohrs in einer sehr geringen Entfernung vom Abwasserrohr 2; 2c. Das spiralförmige Vorwärmerohr kann direkt an der Abwasserspirale anschliessen oder sich in seinem eigenen Bau im Innenumfang der Abwasserspirale befinden.
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Das Abwasser fliesst im Innenraum 10 des Behälters 1 vom Einlassanschluss 21 zum Auslassanschluss 22, das heisst, seine Fliessrichtung ist von oben nach unten im spiralförmigen Abwasserrohr 2; 2c, das im Behälter verläuft. Die durchschnittliche Fliessrichtung des Abwassers ist parallel zur Mittellinie L des Abwasserrohrs, d. h. vertikal, d. h. annähernd parallel zur Längsrichtung des Behälters 1. Seinerseits fliesst das Nutzwasser 300 im spiralförmigen Beförderungsrohr 3; 3c im Innenraum 10 des Behälters hauptsächlich entgegen der Fliessrichtung des Abwassers 200, und seine durchschnittliche Fliessrichtung ist parallel zur Mittellinie N des Beförderungsrohrs.
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Der Einlassanschluss 21 für das Zuflussrohr des Abwassers kann entweder am Deckel 1; 1b oder am oberen Teil der senkrechten Wand 1a des Mantels 12 angeordnet sein während der Auslassanschluss 22 für das Abflussrohr des Abwassers sich entweder am Boden 1; 1c oder am unteren Teil der senkrechten Wand 1a des Mantels 12 befindet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind keine Einlass- oder Auslassanschlüsse für die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 in der Ausführung des Behälters nach der angeordnet, sondern das spiralförmige Abwasserrohr 2; 2c und die anschliessende Vorwärmespirale 3; 3c des warmen Nutzwassers sind von einer Flüssigkeit wie z. B. vom Wasser umgeben. Bevorzugt befindet sich im Innenraum 10 des Behälters eine Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500, insbesondere eine wässrige Flüssigkeit, die 70 bis 100 Prozent des spiralförmigen Abwasserrohrs 2; 2c und der Vorwärmespirale 3; 3c für das Abwasser im freien Innenraum 10 des Behälters umgibt.
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Weiterhin sind in der die gegebenenfalls vorhandenen Einlass- und Auslassanschlüsse 41, 42 für die andere Wärmeübertragungsflüssigkeit, insbesondere für die Kühlflüssigkeit 400, die im Kühlkreis des mit einer Wärmepumpe versehenen Gebäudekühlsystems fliesst, dargestellt. Das Ziel ist die Abkühlung der aufgewärmten Kühlflüssigkeit 400 im Innenraum des Behälters durch das im Abwasserrohr 2; 2c fliessende Abwasser 200 mit einer niedrigen Temperatur. Die Fliessrichtung der Kühlflüssigkeit 400 im Innenraum des Behälters ist hauptsächlich entgegen der Fliessrichtung des Abwassers, wodurch Wärmeenergie am im Abwasserrohr fliessende Abwasser 200 abgegeben wird. Das aufgewärmte Abwasser 200 gibt seinerseits Energie am in der Vorwärmespirale (im Beförderungsrohr) 3; 3c des Nutzwassers fliessende Nutzwasser ab, wobei die besagte Spirale hauptsächlich neben dem spiralförmigen Abwasserrohr 2; 2c verläuft. Bevorzugt befinden sich das Beförderungsrohr 3; 3c und das Abwasserrohr so nahe beieinander, dass Wärme durch Konvektion vom Abwasserrohr 2; 2c am Beförderungsrohr 3; 3c übertragen wird.
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In der ist auch der Innenmantel 11 im Aussenmantel 12 des Behälters 1 mit einer gestrichelten Linie dargestellt, wobei der Innenmantel 11 der allgemeinen Form des Aussenmantels 12 entspricht. Falls der Behälter mit einem Doppelmantel 11, 12 versehen ist, kann der Behälter als einen Überdruckbehälter eingesetzt werden, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 im vom Innenmantel 11 umgebenden Innenraum 10 des Behälters unter Druck stehen kann. Alternativ kann die unter Druck stehende Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Raum zwischen dem Aussenmantel 12 und dem Innenmantel geführt werden. Es ist auch möglich, dass ein das Abwasserrohr 3; 3c umgebende Wassermantel im durch den Innenmantel begrenzten Innenraum 10 angeordnet ist, wobei der Wassermantel mit der Energie des im Abwasserrohr 2; 2c fliessenden Abwassers 200 oder eines anderen wie z. B. für die Kühlung eingesetzten Wasserstroms mit einer relativ niedrigen Temperatur erwärmt wird.
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Die veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung umfassend einen Behälter 1 mit einer gleichen Form wie in der und im Vergleich mit dem Behälter der gleichartige Einlass- und Auslassanschlüsse 21, 22 für die Zuführ- und Abflussrohre 2a, 2b des Abwassers 200. Der Unterschied zwischen den Behältern nach den und besteht hauptsächlich darin, dass der Behälter der keine separate Vorwärmespirale 3; 3c des warmen Nutzwassers 300 im Innenraum 10 des Behälters aufweist, sondern nur die Wärmeaufnahmeflüssigkeit 500 des Primärkreises des mit einer Wärmepumpe 6 versehenen Heizungssystems 6 fliesst im Innenraum 10 des Behälters. Die Wärmeaufnahmeflüssigkeit 500 wird durch die Wärmeenergie erwärmt, die das im Behälter verlaufende Abwasserrohr 2; 2c abgibt, und gibt ihrerseit in einer an sich übliche Art Wärme ab in das flüssige Kältemittel 600, das in den Verdampfer H der Wärmepumpe 6 zufliesst. Hinsichtlich der Fliessrichtung der im Abwasserrohr 3; 3c fliessenden Flüssigkeit fliesst die Wärmeaufnahmeflüssigkeit 500 im Innenraum 10 des Behälters hauptsächlich in die entgegengesetzte Richtung d. h. von unten nach oben und zwar vom Einlassanschluss 51 für das Zuflussrohr 5a zum Auslassanschluss 52 für das Abflussrohr 5b jeweils der Wärmeaufnahmeflüssigkeit. Der Einlassanschluss 51 und der Auslassanschluss 52 befinden sich im unteren bzw. im oberen Teil der Mantelseitenwand 1a. Die wässrige Flüssigkeit wie z. B. das schwarze oder graue Abwasser 200 im Abwasserrohr 2; 2c fliesst bevorzugt unter Einfluss der Schwerkraft vom Einlassanschluss 21 des Zuflussrohrs 2; 2a im oberen Teil des Behälters zum Auslassanschluss 22 des Abflussrohrs 2; 2b für das Abwasser, wobei auch ein angetriebener Abwasserumlauf mit einer Pumpstation vor dem Einlassanschluss 21 zum Pumpen der Flüssigkeit 200 in den Behälter 1 möglich ist.
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Wie in der dargestellt, umfasst die Rohrleitung der Wärmeaufnahmeflüssigkeit ein Dreiwegventil 53, das den Fluss der Wärmeaufnahmeflüssigkeit 500 in den Behälter 1 verhindert, wenn die Temperatur des Abwassers 200 zu niedrig ist.
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Die Wärmeaufnahmeflüssigkeit 500 fliesst entweder nur im Behälter oder alternativ sowohl im Behälter als auch im Grund-, Felsen- oder Gewässerumlauf, der mit dem Behälterkreislauf verbunden ist.
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In der Ausführungsform der Erfindung nach der ist der Behälter identisch mit dem Behälter 1 nach der , jedoch abgesehen davon, dass im Innenraum 10 des Behälters eine Kälteflüssigkeit (Kühlflüssigkeit) 400 im Kühlkreis umfliesst.
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Die Kühlflüssigkeit 400 fliesst zum grössten Teil in dieselbe Richtung d. h. von oben nach unten wie die Flüssigkeit 200 im Abwasserrohr 3; 3c, d. h. im Innenraum 10 des Behälters vom Einlassanschluss 41 für das Zuflussrohr 4; 4a zum Auslassanschluss 42 für das Abflussrohr 4; 4b jeweils der Kühlflüssigkeit.
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Zwischen dem Einlassanschluss 41 für das Zuflussrohr 4; 4a der in den Behälter fliessenden Wärmeübertragungsflüssigkeit 410 (Kühlflüssigkeit, Kälteflüssigkeit) und dem Auslassanschluss 42 für das Abflussrohr 4; 4b der aus dem Behälter fliessenden Wärmeübertragungsflüssigkeit 420 (Kühlflüssigkeit, Kälteflüssigkeit) ist eine Flüssigkeitsverbindung durch die im freien Innenraum 10 des Behälters fliessenden Kühlflüssigkeit 430 vorhanden. Der Einlassanschluss 21 des Abwasserzuflussrohr und der Auslassanschluss 22 des Abflussrohrs befinden sich am Deckel 1b des Behältermantels 12 bzw. am Boden 1c des Mantels 12. Die Fliessrichtung der Kühlflüssigkeit 430 ist hauptsächlich identisch mit der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers 200 im Abwasserrohr 2; 2c im Innenraum 10 des Behälters. Der Einlassanschluss 41 für das Kühlflüssigkeitszuflussrohr 4; 4a befindet sich im oberen Teil 4a der senkrechten Wand 1a des Behältermantels 12 während der Auslassanschluss 42 des Abflussrohrs sich niedriger als der Einlassanschluss befindet, bevorzugt im unteren Teil 1a der senkrechten Wand 1a des Behältermantels 12.
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Der Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist, dass die Temperatur der Kälteflüssigkeit 400 im Kühlkreis des Kühlsystems durch die Wärme des Abwasserstroms 200; 230 im Behälterinnenraum und dadurch die notwendige Kompressorleistung des Kältemittels herabgesetzt und die Gesamtleistung der Wärmepumpe (COP) erhöht werden kann.
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Die im Abwasserrohr 2; 2c fliessende Flüssigkeit 200 fliesst bevorzugt unter Einfluss der Schwerkraft in der gleichen Weise wie in den Behältern der und . Die Flüssigkeit 200 fliesst nun vom Einlassanschluss 21 am Deckel 1b des Mantels des Behälters für das Zuflussrohr 2; 2a des Abwassers zum Auslassanschluss 22 für das Abflussrohr 2; 2b des Abwassers am Boden 1c des Behältermantels. Auch hier kann ein angetriebener Umlauf des Abwassers durch eine am Zuflussrohr 2a des Abwassers 200 angeordnete Pumpstation benutzt werden.
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Im Folgenden werden noch einige wichtige Aspekte der Erfindung erläutert.
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So zeigt die bis eine allgemeine Darstellung des Behälters 1 nach der Erfindung zum Aufwärmen von Abwasser 200 oder zur Rückgewinnung von Wärmeenergie daraus, wobei der Behälter 1 einen ersten Einlassanschluss 21 für das Zuflussrohr 2a des Abwassers 200 und einen ersten Auslassanschluss 22 für das Abflussrohr des Abwassers aufweist. Das im Innenraum 10 des Behälters zwischen dem Einlassanschluss 21 des Zuflussrohrs 2a und dem Auslassanschluss 22 verlaufende Abwasserrohr ist durchgehend und spiralförmig ausgestaltet, und weiterhin umfasst der Behälter wenigstens einen anderen Einlassanschluss 31, 41, 51 für das Zuflussrohr 3a, 4a, 5a der Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500, die in den Behälter zugeführt wird, und wenigstens einen anderen Auslassanschluss 32, 42, 52 für das Abflussrohr 3b, 4b, 5b der Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500, die aus dem Behälter abgeführt wird; wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300; 330, 400; 430, 500; 530 im Innenraum des Behälters entweder zur Wiedergewinnung der Wärmeenergie aus dem Abwasser 200; 230, das im Abwasserrohr 2; 2c im freien Innenraum 10 des Behälters fliesst, oder zur Abgabe von Wärmeenergie an diesem Abwasser ausgelegt ist.
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Falls die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 eine in einem Kühlsystem 4 eines Gebäudes fliessende Kühlflüssigkeit 400 ist, wird sie im freien Innenraum 10; 10a des Behälters abgekühlt. Hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung (L) des Abwassers, das von oben nach unten fliesst, fliesst die Kühlflüssigkeit 400 im Innenraum in die entgegengesetzte Richtung, d. h. die Kühlflüssigkeit fliesst in der senkrechten Richtung des Behälters von unten nach oben, und empfängt gleichzeitig Wärmeenergie aus dem Abwasser. Alternativ kann auch das Nutzwasser 300 wie z. B. die Kühlflüssigkeit 400 im freien Innenraum 10; 10a des Behälters aufgewärmt werden. Hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung (L) des Abwassers, das von oben nach unten fliesst, fliesst das Nutzwasser 300 im Innenraum 10; 10a in die entgegengesetzte Richtung, und empfängt also gleichzeitig Wärmeenergie aus dem im Abwasserrohr 2; 2c fliessenden Abwasser 200; 230.
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Es ist möglich, den Behälter der Erfindung u. a. in Wohnhäusern, insbesondere in mehrstöckigen Häusern, Hotel- und Gewerbegebäuden einzusetzen. Laut einer Einsetzung der Erfinder kann der Bedarf an Primärenergie eines mehrstöckigen Hauses um ca. 10% gesenkt werden, indem die Abwässer durch einen Behälter nach der Erfindung geführt werden.
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Die Temperatur des in den Behälter 1 zufliessenden und die des abfliessenden Abwassers ist normalerweise ca. 20 bis 30°C, bzw. 5 bis 10°C. Falls die Temperatur des aus dem Behälter abfliessenden Abwassers niedriger ist, sollte der Umlauf der Wärmeaustauschflüssigkeit in der Vorwärmespirale 3c oder im Innenraum des Behälters durch ein Ventil in der Leitung der Wärmeaustauschflüssigkeit generell unterbrochen werden, wie in der dargestellt ist.
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Als Material sowohl in der Vorwärmespirale 3c des Nutzwassers als auch im spiralförmigen Abwasserrohr 2c wird gewöhnlich ein wärmeleitender und gegen Chemikalien widerstandsfähiger Kunststoff oder ein wärmeleitendes und gegen Chemikalien widerstandsfähiges Metall eingesetzt.
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Die folgende wichtige Aspekte sind mit dem Einsatz des oben definierten Behälters verbunden.
- 1. Das Abwasser 200 wird in das spiralförmige durchgehende Abwasserrohr 2; 2c im Innenraum 10 des Behälters durch den Einlassanschluss 21 des Zuflussrohrs und ausserdem wird eine Wärmeübertragungsflüssigkeit in den Behälter durch einen anderen Einlassanschluss 31, 41, 51 eingeleitet, entweder zum Empfang der Wärmeenergie an die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300; 330, 400; 430, 500; 530 aus dem Abwasser 200; 230, das im Abwasserrohr 2; 2c im freien Behälterinnenraum 10 fliesst, oder zur Abgabe der Wärmeenergie am Abwasser 200; 230, das im Abwasserrohr 2; 2c im freien Behälterinnenraum 10 fliesst.
- 2. Der Aspekt nach 1, wobei die in den Behälterinnenraum 10 eingeleitete Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 das spiralförmige Abwasserrohr 2; 2c im freien Behälterinnenraum 10 70 bis 100-prozentig umgibt.
- 3. Der Aspekt nach 1 oder 2, wobei zwischen der in den Behälter zugeführten Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 und der aus dem Behälter abgeführten Wärmeübertragungsflüssigkeit eine Flüssigkeitsverbindung durch die Wärmeübertragungsflüssigkeit 430, 530 im freien Behälterinnenraum 10 bereitgestellt ist.
- 4. Der Aspekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 eine im Primärkreis 5 einer Wärmepumpe fliessende oder damit in einer Flüssigkeitsverbindung stehende Wärmesammelflüssigkeit 500 ist, wobei die Wärmesammelflüssigkeit 500 hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung L des Abwassers 200 im Behälterinnenraum 10 im Uhrzeigersinn fliesst und dabei Wärmeenergie aus dem im Abwasserrohr 2; 2c fliessenden Abwasser 200 empfängt.
- 5. Der Aspekt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300, 400, 500 eine im Heizungs- oder insbesondere Kühlungssystem eines Gebäudes fliessende Heizflüssigkeit oder insbesondere eine Kühlflüssigkeit 400 ist, wobei insbesondere die Kühlflüssigkeit 400 hinsichtlich der durchschnittlichen Fliessrichtung des Abwassers 200 im Behälterinnenraum 10 im Uhrzeigersinn fliesst und dabei Wärmeenergie dem im Abwasserrohr 2; 2c fliessenden Abwasser 200 abgibt.
- 6. Der Aspekt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zwischen dem Einlassanschluss (31) des Zuflussrohrs 3a für die in den Behälter 1 zufliessende Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 und dem Auslassanschluss (32) des Abflussrohrs (3b) für die aus dem Behälter 1 abfliessende Wärmeübertragungsflüssigkeit 300 ein durchgehendes und spiralförmiges Wärmeübertragungsrohr 3; 3c, das die Aussenfläche des spiralförmigen Abwasserrohrs 2; 2c zumindest über eine Teillänge des Wärmeübertragungsrohrs 3; 3c verfolgt, wobei die Wärmeübertragungsflüssigkeit 300; 330 Wärmeenergie aus dem im Abwasserrohr 2; 2c, das im freien Behälterinnenraum 10; 10a angeordnet ist, fliessenden Abwasser 200; 230 oder aus einem im Kühlsystem eines Gebäudes fliessenden Kühlflüssigkeit 400 empfängt, indem man die relativen Temperaturen der Wärmeübertragungsflüssigkeit 300; 330 und des Abwassers 200; 230 oder der Kühlflüssigkeit miteinander angemessen anpasst.
- 7. Der Aspekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Wärmeübertragungsflüssigkeit wie z. B. ein Gas durch das kontinuierliche spiralförmige Wärmeübertragungsrohr in den Behälter zugeführt werden kann, wobei die Flüssigkeit mit dem Abwasser im kontinuierlichen spiralförmigen Wärmeübertragungsrohr 3; 3c oder mit der Wärmeenergie 400 der Kühlflüssigkeit 400 im Kühlsystem eines Gebäudes aufgewärmt wird.
- 8. Der Aspekt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Behälter 1 der erste Auslassanschluss 22 für das Abwasserabflussrohr an einer höheren Stelle als der erste Einlassanschluss 21 für das Abwasserzuflussrohr angeordnet ist, wobei das Abwasser im Abwasserrohr 2; 2c im Behälterinnenraum 10 hinsichtlich der Einwirkrichtung der Schwerkraft von unten nach oben fliesst, entweder bevorzugt mittels hydrostatischen Drucks durch die Schwerkraft oder mittels einer Pumpe.
