DE29806939U1 - Device for heat recovery from waste water - Google Patents

Device for heat recovery from waste water

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Description

BeschreibungDescription ::

Wartungsfreie Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser 5Maintenance-free device for heat recovery from wastewater 5

Bisher wird beim Duschbad das noch warme Abwasser direkt in die Kanalisation geleitet. Hierbei gehen erhebliche Wärmemengen als Abwärme verloren. Bisher bekannte Wärmetauscher zur Rückgewinnung von Wärme aus Haushaltsabwässern weisen jedoch eine Reihe von konstruktionsbedingten Mangeln auf, die ihrer praktischen Anwendung entgegen stehen. Aufgrund der verwendeten Abwasserspeicher (DE-PS 2517126 C 2, DE-PS 3316704, DE-PS 2825729, DE-PS 4135560 C 2, DE-OS 2952780, DE-OS 3011111, DE-OS 3400759, DE-OS 4402269, DE-OS 4406971), in denen eine gewisse Verwirbelung von warmen und bereits abgekühlten Abwässern unvermeidlich ist, sowie durch Wärmeverluste in den Abwasserleitungen zwischen Abwasserentstehungsort und Wärmetauscher weisen viele Anlagen nur einen geringen Wirkungsgrad auf. Andere Anlagen dieser Art benötigen zu ihrem Betrieb teuere Zusatzeinrichtungen, wie beispielsweise Wärmepumpen oder Sekundärwärmetauscher (DE-OS 3039505, DE-OS 3214357, DE-AS 2304537), oder sind komplex aufgebaut (DE-PS 3119809, DE-OS 3111372, DE-OS 3246586). In diesen sowie weiteren bekannten Wärmetauschern (DE-GM 8203297.1, DD-PS 22920.4, DE-OS 2502351, DE-OS 3717720, DE-GM 8916015.0, DD-PS 236163, DE-OS 3319638, DE-OS 19608404, DE-GM 8600554.5, DD-PS 206511, DE-GM 9309470.1) setzen sich aufgrund geringer Abwasserströmungsgeschwindigkeiten, nichtlaminärer ungleichmäßiger Strömung der Abwässer oder komplex strukturierter Oberflächen während des Betriebes im Abwasser mitgeführte Schmutzpartikel in Speichertanks oder Röhrensystemen der Wärmetauscher ab, was zeitaufwendige Reinigungsarbeiten oder aber komplizierte mechanische Reinigungsvorrichtungen (DE-PS 3119809, DE-PS 2825729, DE-OS 3400759, DE-OS 3406518) erforderlich macht. Aus diesen Gründen ist der Betrieb der genannten Anlagen beim derzeitigen Energiepreisniveau unwirtschaftlich.Up to now, the still warm waste water from a shower has been fed directly into the sewer system. This means that considerable amounts of heat are lost as waste heat. However, heat exchangers known to date for recovering heat from household waste water have a number of design-related defects that prevent them from being used in practice. Due to the waste water storage tanks used (DE-PS 2517126 C 2, DE-PS 3316704, DE-PS 2825729, DE-PS 4135560 C 2, DE-OS 2952780, DE-OS 3011111, DE-OS 3400759, DE-OS 4402269, DE-OS 4406971), in which a certain amount of turbulence between warm and already cooled waste water is unavoidable, as well as due to heat losses in the waste water pipes between the point where the waste water is generated and the heat exchanger, many systems have only a low level of efficiency. Other systems of this type require expensive additional equipment to operate, such as heat pumps or secondary heat exchangers (DE-OS 3039505, DE-OS 3214357, DE-AS 2304537), or have a complex structure (DE-PS 3119809, DE-OS 3111372, DE-OS 3246586). In these and other known heat exchangers (DE-GM 8203297.1, DD-PS 22920.4, DE-OS 2502351, DE-OS 3717720, DE-GM 8916015.0, DD-PS 236163, DE-OS 3319638, DE-OS 19608404, DE-GM 8600554.5, DD-PS 206511, DE-GM 9309470.1), dirt particles carried along in the wastewater settle in storage tanks or pipe systems of the heat exchangers during operation due to low wastewater flow speeds, non-laminar, uneven flow of the wastewater or complex structured surfaces, which requires time-consuming cleaning work or complicated mechanical cleaning devices (DE-PS 3119809, DE-PS 2825729, DE-OS 3400759, DE-OS 3406518). For these reasons, the operation of the above-mentioned plants is uneconomical at the current energy price level.

Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die beim Duschen anfallende Restwärme auch bei starkThe invention specified in the protection claim is based on the problem of dissipating the residual heat generated during showering even in strongly

·&phgr;·φ

schwankenden Abwassermengen mit einem hohen Wirkungsgrad mit Hilfe einer wartungsfrei zu betreibenden Anlage zurückzugewinnen. Zur weiteren Erhöhung der Wirtschaftlichkeit soll die Anlage preisgünstig und leicht zu installieren sein. 5to recover fluctuating wastewater volumes with a high degree of efficiency using a maintenance-free system. To further increase economic efficiency, the system should be inexpensive and easy to install. 5

Dieses Problem wird durch die im Schut2anspruch aufgeführten Merkmale gelöst: Glatte Oberflächen der Wärmetauscherelemente, die Vermeidung stehender Abwässer sowie eine gleichmäßige Krümmung der Abwasserrohre im Inneren des Wärmetauschers dienen der Selbstreinigung der Anlage. Durch die Dimensionierung der Abwasserrohre dergestalt, daß sich während des Betriebs stets ein unter Atmosphärendruck stehender Luftspiegel oberhalb des durchfließenden Abwassers befindet, dessen Höhe umgekehrt proportional zum Abwasserdurchsatz ist, kann auch während des Betriebes mit niedrigem Abwasserdurchsatz eine zur Vermeidung einer Sedimentation mitgeführter Schmutzpartikel ausreichende Flußgeschwindigkeit erzielt werden. Außerhalb der Betriebszeit befindet sich keinerlei Abwasser im Inneren des Wärmetauscherelements, was das Wachstum von Mikroorganismen hemmt und ebenfalls der Vermeidung von Schmutzablagerungen dient.This problem is solved by the features listed in the protection claim: smooth surfaces of the heat exchanger elements, the avoidance of stagnant waste water and a uniform curvature of the waste water pipes inside the heat exchanger serve to ensure the system's self-cleaning. By dimensioning the waste water pipes in such a way that during operation there is always an air level at atmospheric pressure above the waste water flowing through, the height of which is inversely proportional to the waste water throughput, a flow rate sufficient to prevent sedimentation of entrained dirt particles can be achieved even during operation with a low waste water throughput. Outside of operating times there is no waste water at all inside the heat exchanger element, which inhibits the growth of microorganisms and also serves to prevent dirt deposits.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch die Rückgewinnung eines großen Teils der Abwasser-Restwärme Energieeinsparungen in erheblicher Höhe realisiert werden.The advantages achieved with the invention are that by recovering a large part of the waste water residual heat, considerable energy savings are achieved.

Hierdurch können sowohl C02-Emissionen als auch Heizenergiekosten privater und öffentlicher Anwender beträchtlich reduziert werden. Die Erfindung ist aufgrund ihres einfachen Aufbaus leicht und kostengünstig zu produzieren sowie wartungsfrei zu betreiben, was eine wirtschaftliche Nutzung auch in intensiv genutzten Duscheinrichtungen - z. B. in Schwimmbädern oder Kasernen - ermöglicht, in denen einerseits das größte Energie-Einsparpotential liegt, andererseits aber durch den Betrieb nicht wartungsfreier Anlagen hohe Reinigungs- und Wartungskosten entstünden. Kleiner dimensionierte Ausführungen eignen sich auch zur Installation in privaten Dusch-Naßzellen.This can significantly reduce both C0 2 emissions and heating energy costs for private and public users. Due to its simple design, the invention is easy and inexpensive to produce and maintenance-free, which enables it to be used economically even in intensively used shower facilities - e.g. in swimming pools or barracks - where on the one hand the greatest energy saving potential lies, but on the other hand high cleaning and maintenance costs would arise due to the operation of non-maintenance-free systems. Smaller versions are also suitable for installation in private shower rooms.

Jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Installation in großen, öffentlichen bzw. kleinen, privaten Duschanlagen ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
5An embodiment of the invention for installation in large, public or small, private shower facilities is shown in the drawings and is described in more detail below.
5

Es zeigenShow it

Fig. la,b) Ausführungsbeispiel einer Wärmetauschereinheit für Einzel-Duschanlagen (Maßstab frei). 10 Fig. la,b) Example of a heat exchanger unit for individual shower systems (scale free). 10

Fig. 2) Ausführungsbeispiel einer Wärmetauschereinheit für Mehrfach-Duschanlagen (Maßstab frei). Fig. 2) Example of a heat exchanger unit for multiple shower systems (scale free).

Fig. 3a) Schema zum Aufbau einer Mehrfach-Duschanlage mit integriertena Wärmetauscher, Installation des Wärmetauschers im Kaltwasser zufluß der Duschanlage (Maßstab frei). Fig. 3a) Scheme for the construction of a multiple shower system with integrated heat exchanger, installation of the heat exchanger in the cold water inlet of the shower system (scale free).

Fig. 3b) Schema zum Aufbau einer Mehrfach-Duschanlage mit integriertem Wärmetauscher, Installation des Wärmetauschers im Ka.ltwasserzufluß des Heißwasserbereiters (Maßstab frei). Fig. 3b) Scheme for the construction of a multiple shower system with integrated heat exchanger, installation of the heat exchanger in the cold water inlet of the hot water heater (scale free).

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

1) Duschwanne1) Shower tray

2) Abwasserzuleitung2) Wastewater supply

3) gewundene Abwasserleitung, innere Wandung3) winding sewer pipe, inner wall

4) gewundene Abwasserleitung, äußere Wandung4) winding sewer pipe, outer wall

5) Abwasserauslaß5) Waste water outlet

6) wärmedämmender Kunststoffschaum6) heat-insulating plastic foam

7) zuführender Frischwasseranschluß7) Fresh water supply connection

8) abführender Frischwasseranschluß8) fresh water connection

9) Frischwasserführung im Inneren des Wärmetauschers9) Fresh water supply inside the heat exchanger

10) wärmeisolierter Puffertank 11) Geruchsverschluß10) heat-insulated buffer tank 11) odour trap

12) wärmeisolierte Abwasserleitung12) thermally insulated sewage pipe

13) Wärmetauscher13) Heat exchanger

14) Heißwasserbereiter14) Hot water heater

·· <* »ft M ·· <* »ft M

15) Regulierungsventil für Heißwasser15) Hot water control valve

J 16) Regulierungsventil für Kaltwasser J 16) Cold water regulating valve

17) Heißwasserzuleitung17) Hot water supply

18) Duschkopf
518) Shower head
5

Es folgt zunächst die Darstellung der Wärmetauschereinheit für Einzel-Duschanlagen.The following is a description of the heat exchanger unit for individual shower systems .

Bei dieser Form ist die Wärmetauschereinheit vorzugsweise unterhalb der Duschwanne (1) angebracht. Das warme Abwasser strömt durch den Siphon (11) in ein doppelwandiges, spiralförmig gewundenes Rohr, zwischen dessen innerer (3) und äußerer (4) Wand kaltes Wasser im Gegenstrom erwärmt wird. Anschließend verläßt das nun abgekühlte Abwasser die Anlage durch den Auslaß (5) zur Kanalisation. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist die Rohrschlange mit einem festen, wärmedämmenden Kunststoff umschäumt (6), der zugleich bei der Installation als Auflage für die Duschwanne dient. Der zu- (7) bzw. abführende (8) Frischwasseranschluß wird bei dieser Ausführung an die vorhandene Kaltwasser-Duschinstallation angeschlossen. Fakultativ kann in den abführenden Frischwasseranschluß (8) zwischen Wärmetauscher und Mischbatterie ein wärmeisolierter Tank (10) als Pufferspeicher zur Vermeidung von Temperaturschwankungen bei unterschiedlicher Auslastung des Wärmetauschers eingebaut werden.In this form, the heat exchanger unit is preferably installed below the shower tray (1). The warm waste water flows through the siphon (11) into a double-walled, spiral-shaped pipe, between whose inner (3) and outer (4) walls cold water is heated in countercurrent. The now cooled waste water then leaves the system through the outlet (5) to the sewer system. To avoid heat loss, the pipe coil is covered with a solid, heat-insulating plastic (6), which also serves as a support for the shower tray during installation. In this version, the inlet (7) and outlet (8) fresh water connection is connected to the existing cold water shower installation. Optionally, a heat-insulated tank (10) can be installed in the outlet fresh water connection (8) between the heat exchanger and the mixer tap as a buffer storage to avoid temperature fluctuations when the heat exchanger is used at different levels.

Darstellung der Wärmetauschereinheit für Mehrfach-Duschanlagen: Representation of the heat exchanger unit for multiple shower systems :

Der Aufbau des Wärmetauscherelementes ist im Grundsatz der gleiehe wie bei der vorbeschriebenen Anlage. Aufgrund der räumlich zumeist weniger beengten Verhältnisse bei der Installation kann das Gefälle der Rohrschlange im Inneren des Wärmetauschers größer sein als bei der Wärmetauschereinheit für Einzel-Duschanlagen, was einen höheren Abwasserdurchsatz ermöglicht. Eine besonders vorteilhafte Installationsanordnung ist in Fig. 3a,b dargestellt. Durch Zuführung der Abwasser mehrerer Duschplätze (1) zu einem einzigen Wärmetauscher (13) mittels einer wärmeisolierten Zuleitung (12) kann die gesamte Anlage besonders kostengünstigThe structure of the heat exchanger element is basically the same as in the system described above. Due to the generally less cramped spatial conditions during installation, the gradient of the pipe coil inside the heat exchanger can be greater than in the heat exchanger unit for individual shower systems, which enables a higher wastewater throughput. A particularly advantageous installation arrangement is shown in Fig. 3a,b. By feeding the wastewater from several shower areas (1) to a single heat exchanger (13) using a thermally insulated supply line (12), the entire system can be particularly cost-effective

erstellt werden. Das vorgewärmte Frischwasser kann zur zur Vermeidung von Wärmeschwankungen bei stark unterschiedlichem
Duschbetrieb wahlweise einem zwischen Wärmetauscher und Mischbatteriein) eingebauten wärmeisolierten Puffer-Speichertank
(Fig. 3a, 10) oder dem Heißwasserbereiter der Duschanlage (Fig. 3b, 14) zugeleitet werden.The preheated fresh water can be used to avoid heat fluctuations in the event of greatly differing
Shower operation optionally a heat-insulated buffer storage tank installed between heat exchanger and mixer tap
(Fig. 3a, 10) or the hot water heater of the shower system (Fig. 3b, 14).

Claims (11)

Schutzansprüche:Protection claims: 1) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserführung im Inneren des Wärmetauschers als doppelwandiges, spiralförmig gewundenes Rohr ausgebildet ist. 1) Device for heat recovery from waste water, characterized in that the waste water guide inside the heat exchanger is designed as a double-walled, spirally wound pipe. 2) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserführung im Inneren des Wärmetauschers als fugenloses Rohr mit glatter Oberfläche ausgebildet ist.2) Device for heat recovery from waste water according to claim 1), characterized in that the waste water guide in the interior of the heat exchanger is designed as a seamless pipe with a smooth surface. 3) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-2), dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher in Flußrichtung des Abwassers hinter dem Geruchsverschluß des Abwasserrohrs installiert wird.3) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-2), characterized in that the heat exchanger is installed in the flow direction of the waste water behind the odor trap of the waste water pipe. 4) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-3), dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Abwasserrohres im Inneren des Wärmetauschers kreisförmig ausgebildet ist.4) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-3), characterized in that the cross section of the waste water pipe inside the heat exchanger is circular. 5) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-4), dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Abwasserrohres im Inneren des Wärmetauschers groß genug ist, um auch beim größten anlagenspezifischen Abwasserdurchsatz noch einen Luftraum oberhalb des Abwasserspiegels im Inneren des Wärmetauschers zu belassen.5) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-4), characterized in that the diameter of the waste water pipe inside the heat exchanger is large enough to leave an air space above the waste water level inside the heat exchanger even at the largest system-specific waste water throughput. 6) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-5), dadurch gekennzeichnet, daß das zu erwärmende Frischwasser im Zwischenraum zwischen den beiden Wandungen des Abwasserrohr im Inneren des Wärmetauschers entgegen der Fließrichtung des Abwassers geführt wird.6) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-5), characterized in that the fresh water to be heated is guided in the space between the two walls of the waste water pipe inside the heat exchanger against the flow direction of the waste water. 7) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-6), dadurch gekennzeichnet, daß das Wärme-7) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-6), characterized in that the heat tauscherrohr auf der Außenseite der äußeren Wandung von einem wärmeisolierenden Material umgeben ist.exchanger tube is surrounded by a heat-insulating material on the outside of the outer wall. 8) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem8) Device for heat recovery from waste water after a der Ansprüche l)-7), dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende Material nach Anspruch 7) dergestalt ausgebildet ist, daß es als Auflagefläche für eine Duschwanne dienen kann.of claims 1)-7), characterized in that the heat-insulating material according to claim 7) is designed in such a way that it can serve as a support surface for a shower tray. 9) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-8), dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Frischwasser nach dem Verlassen des Wärmetauschers in einen wärmeisolierten Tank geleitet wird, von wo aus es dem Kaltwasseranschluß der Mischbatterie zugeführt wird.9) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-8), characterized in that the heated fresh water, after leaving the heat exchanger, is led into a thermally insulated tank, from where it is fed to the cold water connection of the mixer tap. 10) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche l)-9), dadurch gekennzeichnet, daß das erwärmte Frischwasser nach dem Verlassen des Wärmetauschers in einen Heißwasserbereiter geleitet wird, von wo aus es dem Heißwasseranschluß der Mischbatterie zugeführt wird.10) Device for heat recovery from waste water according to one of claims 1)-9), characterized in that the heated fresh water, after leaving the heat exchanger, is led into a hot water heater, from where it is fed to the hot water connection of the mixer tap. 11) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser nach einem der Ansprüche I)-IO), dadurch gekennzeichnet, daß die Abwasserzuleitung zum Wärmetauscher als wärmeisoliertes Rohr ausgebildet ist.11) Device for heat recovery from waste water according to one of claims I)-IO), characterized in that the waste water supply line to the heat exchanger is designed as a heat-insulated pipe.
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