DE3027666A1

DE3027666A1 - Verfahren zur wiedergewinnung von waerme im abwasser und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3027666A1
Application number: DE19803027666
Authority: DE
Inventors: Kurt Nynäshamn Jönsson
Original assignee: Rederi Nordstjernan AB
Current assignee: Rederi Nordstjernan AB
Priority date: 1980-07-22
Filing date: 1980-07-22
Publication date: 1982-02-18

Description

DlPL-ING. ΗϋΠ£Τ ROSE DIPL.-iNG. PETER KOSEL

PATE NTAN WALTE

•3-

3353 Bad Gandersheim, 21. Juli 19^0 Postfach 1?9 Hohenh5fen5 Telefon: (053B2) 2842

Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim REDERIAKTIEBOLAGET Unsere Akten-Nr. 2928/3

NORDSTJERNAN

Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme im Abwasser und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme im Abwasser eines Gebäudes, während das Abwasser in einem Abwasserrohr abfließt. Sie betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Mit dem Verfahren und der Vorrichtung soll erreicht werden, daß in dem Abwasser befindliche Wärme wieder für das Gebäude zurückgewonnen werden kann.

Systeme zur Wiedergewinnung von Abwasserwärme aus Fabriken und anderen Gebäuden sind schon bekannt. Normalerweise wird das Abwasser einem Tank zur Aufnahme des Abwasser zugeführt, und die Wärme wird beispielsweise auf Frischwasser durch Wärmeaustausch beispielsweise mittels einer Wärmepumpe übertragen. Bei Abwasser, das feste Substanzen enthalten kann, ist ein derartiger Tank zum Auffangen des Abwasser ungünstig, weil die Möglichkeit von Ablagerungen am Boden des Tankes besteht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden.

130067/0204

Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandersheim, Kto.-Nr. 22.118.970 · Postscheckkonto : Hannover 66715 FR/HU

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Abwasser dem Abwasserrohr derart geführt zugeführt wird, daß es entlang dessen innerer Wand strömt, um während des Fließens Wärme an ein außerhalb des Abwasserrohres strömendes Medium zu übertragen.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Führungsvorrichtung, die an der Verbindungsstelle wenigstens einer Zweigleitung mit dem Abwasserrohr zur derartigen Zuführung des Abwassers angeordnet ist, daß dieses entlang der inneren Wand des Abwasserrohres fließt, durch einen Raum, der ein Medium enthält und außerhalb des Abwasserrohres unterhalb der Führungsvorrichtung angeordnet ist, und durch Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Medium auf das Gebäude.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung schafft eine einfache aber vergleichsweise hochwirksam arbeitende Übertragung von Abwasserwärme eines Gebäudes zurück zum Gebäude. Darüberhinaus kann die Erfindung leicht bei schon vorhandenen Abwassersystemen angewandt werden.

Die Erfindung soll anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung und Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie II-II der Fig. I₁, wobei eine Führungsvorrichtung zur Zufuhr von Abwasser zum Abwasserrohr in vergrößertem Maßstab dargestellt ist.

Die Fig. 1 zeigt eine Führungsvorrichtung 1 für abströmendes Abwasser zu einem vertikal angeordneten Abwasserrohr 2. Der Pfeil A deutet die Zuführrichtung des Abwassers zu der Führungsvonichtung 1 durch eine Zweigleitung 3 an. Das Abwasserrohr 2 kann entlang seiner Länge mit mehreren voneinander im Abstand angeordneten Einlaßöffnungen versehen sein, welche derartige

130067/0204

Führungsvorrichtungen 1 besitzen, obwohl nur eine derartige Einlaßöffnung gezeigt ist. Das Abwasserrohr 2 ist entlang einer bestimmten Länge ummantelt, so daß ein Zwischenraum 4 für ein Medium derart gebildet ist, daß das Medium, welches die Wärme überträgt, das Abwasserrohr 2 entlang seiner gesamten Länge umgibt. Wenn der Wärmeaustausch vom Abwasser in dem Abwasserrohr 2 zum Medium in dem Raum 4 stattfinden soll, ist es notwendig, daß die Zufuhr des Abwassers so geschieht, daß das Abwasser weitestmöglich der inneren Wand des Abwasserrohres 2 folgt und möglichst gut mit dieser in Berührung steht. Dies kann auf unterschiedliche Weise bewirkt werden. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform besteht die Führungsvorrichtung 1 aus einem Einlauf, der das Abwasser dem Abwasserrohr schraubenförmig zuführt.

Darüberhinaus soll bei der gezeigten Ausführungsform das Medium im Raum 4 Wärme an in das Gebäude einströmendes Frischwasser abgeben. Aus Sicherheitsgründen ist es zweckmäßig, daß das die Wärme überLragende Medium Wasser ist, obwohl auch andere Fluide verwendet werden können. Das Frischwasser kann den Raum 4 umgeben, bei der gezeigten Ausführungsform jedoch wird das die Wärme übertragende Medium mittels einer Pumpe 5 in einem Kreislaufsystem in Umlauf versetzt. Der Kreislauf besitzt einen Wärmetauscher 6 zur Übertragung von Wärme von dem Medium an das Frischwasser. Wie durch die Pfeile B und C angedeutet, findet der Wärmeaustausch von dem die Wärme übertragenden Medium an das Frischwasser im Gegenstromverfahren statt. In Fig. 1 erkennt man einen Einlaß 7 und einen Auslaß 8 für das Frischwasser in den bzw. aus dem Wärmetauscher 6. Der Kreislauf besitzt auch einen Puffer- oder Speicherbehälter 9 für das umlaufende Medium. Dieses Puffern oder Speichern des Mediums macht es möglich, dem Frischwasser die Wärme dann zuzuführen, wenn Frischwasser gebraucht wird. Meistens findet nämlich das Ablassen von Abwässern in einem Gebäude nicht gleichzeitig mit dem Gebrauch von Frischwasser statt.

Fig. 2 zeigt die Führungsvorrichtung 1 zur ZuÜtung von Abwasser zum Abwasserrohr 2 ausführ}icher. Der Pfeil A zeigt die

130067/0204

-4-

Zuleitung des Abwassers zu der Führungsvorrichtung 1 durch die Zweigleitung 3. Eine äußere Wand 10 der Führungsvorrichtung

I ist spiralig in das Abwasserrohr eingezogen, und ihr Boden

II ist vorzugsweise nach unten zum Abwasserrohr hin geneigt. Die Neigung ist entsprechend der Zuleitungsgeschwindigkeit des Abwassers ausgebildet, so daß das Abwasser infolge von Fliehkraft über die gesamte lichte Weite des Einlaufs verteilt wird. Man hat herausgefunden, daß es günstig ist, v^erm das Abwasser einen Teil einer vollständigen Umdrehung, vorzugsweise 3/4 einer Vollumdrehung zurücklegt, bevor sich die Spirale in das Abwasserrohr 2 öffnet. Hierdurch wird die Bewegungsenergie, die dafür erforderlich ist, damit das Abwasser einem wesentlichen Teil des Umfanges folgen kann, gesichert.

Wie oben angegeben, ist diese gleichmäßige Verteilung bzw. Aufteilung des Abwassers entlang der Innenwand des Abwasserrohres 2 von großer Bedeutung für einen wirtschaftlichen Wärmeaustausch.

Sollte das Abwasserrohr 2 kaltes Wasser aufnehmen, könnte das Medium gekühlt werden. Um zu vermeiden, daß ein derartiger Kühleffekt zu stark bzw. zu groß wird, wird vorzugsweise der Umlauf des Mediums in solchen Fällen beendet. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß der Betrieb der Pumpe 5 entsprechend der Differenz zwischen der Temperatur des zufließenden Abwassers und des Mediums gesteuert wird. Wenn diese Differenz negativ wird,.dann wird die Pumpe 5 abgeschaltet und erst wieder eingeschaltet, wenn die Differenz positiv wird. Dies kann mit bekannten Mitteln leicht automatisiert werden. Eine derartige Steuerung verringert auch den Bedarf an elektrischer Energie.· Wenn das gesamte in das Gebäude einfließende Frischwasser über den Wärmetauscher 6 geführt wird, dürfte es sehr selten vorkommen, daß die Temperatur des Abwassers unterhalb der Temperatur des Mediums liegt.

In vielen Fällen könnte es vorteilhaft sein, zwei oder mehr vollständige erfindungsgemäße Vorrichtungen hintereinander entlang

13 0 0 6 7/0204 -5-

desselben Abwasserrohrs anzuordnen. Die Wärmetauscher für das Frischwasser sind in einer solchen Anordnung vorzugsweise in Reihe und im Gegenstrom verbunden. Es ist weiterhin nicht notwendig, daß das Abwasserrohr vertikal angeordnet ist, wie in der Zeichnung dargestellt. Eine gewisse Neigung kann ohne weiteres akzeptiert werden, ohne daß der Erfindung sber eich verlassen wird.

Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung wird es möglich, eine beachtliche Menge Wärme aus Abwässern von Gebäuden wiederzugewinnen. Wie oben beschrieben, erfolgt diese Wärmeübertragung in einer solchen Art, daß eine Vermischung des Abwassers mit Frischwasser vermieden wird. In dem umlaufenden Medium herrscht ein geringer Überdruck. Wenn zwischen dem Medium und dem Abflußrohr ein Loch entstehen sollte, fließt das Medium in das Abflußrohr hinein. Das Frischwasser steht in dem System unter Überdruck, und daher führt ein Bruch in dem Frischwasser-Wärmetauscher dazu, daß Frischwasser in den Kreislauf für das Medium einfließt und von diesem Kreislauf über ein geeignet angeordnetes Überlaufrohr 12 ausfließen kann. Aufgrund des niedrigen Druckes in dem Kreislauf kann das Abwasserrohr aus dünnem Material hergestellt werden, obwohl es einem äußeren Überdruck unterworfen ist. Das Abwasserrohr kann vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl oder Kupfer hergestellt werden.

Berechnungen und Messungen haben ergeben, daß eine erfindungsgemäße und einem vertikalen Abwasserrohr eines Gebäudes angepaßte Vorrichtung einen Wirkungsgrad von 40 - 50% während

Abwasser in das zeitweisen Ablassens von heißemVAbwasserrohr besitzt. Der Wirkungsgrad ist hier definiert als erhaltene Wärmemenge bezogen auf die Wärmemenge, die erforderlich ist, um das einströmende Frischwasser auf die Temperatur des Abwassers aufzuheizen.

Wie oben erwähnt, kann das Frischwasser in einer anderen Ausführungsform den Raum 4 umströmen. In wieder anderen Ausge-

130067/0204

staltungen kann ein Medium, das direkt für Heizzwecke verwendet wird, in dem Raum k strömen und beispielsweise ohne Wärmetausch dem Heizsystem des Gebäudes zugeführt werden. Dies kann derart durchgeführt werden, daß ein Wärmekompressor (Wärmepumpe) Wärme von dem Medium überträgt.

Patentanwälte Dipl.-Ing. Horst Rose Dij3l.-Ing. Peter Kosel

130067/0204

A-

Leerseite

Claims

302/666 DlPL-ING. HOPST Fi'tfSE ÜIPL.-ING. PETER KOSEL PATE NTAN WALTE 3353 Bad Gandershelm, 21. Juli Postfach 129 Hohenhöfen 5 Telefon: (05382) 2842 Telegramm-Adresse: Siedpatent Badgandersheim REDERIAKTIEBOLAGET FORDSTJERNAN Unsere Akten-Nr. 2928/3 Pat e nt an sp r ü ch e

1.)Verfahren zur Wiedergewinnung von Wärme im Abwasser eines Gebäudes, während das Abwasser in einem Abwasserrohr abfließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Abwasserrohr derart geführt zugeführt wird, daß es entlang dessen innerer Wand strömt, um während des Fließens Wärme an ein außerhalb des Abwasserrohres strömendes Medium zu übertragen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium sich während des Umlaufs in einem Kreislaufsystem in Wärmeaustauschbeziehung mit in das Gebäude einströmendem Frischwasser befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulation des Mediums so gesteuert wird, daß der Umlauf beendet wird, wenn die Temperatur des Abwassers unter derjenigen des Mediums liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium dem Heizsystem des Gebäudes zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser dem Abwasserrohr durch Zentrifugalkraft zugeführt wird.

6. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Wärme im Abwasser eines Gebäudes, während das Abwasser in einem Abwasserrohr

130067/0204

Bankkonto: Norddeutsche Landesbank, Filiale Bad Gandershelm, Kto.-Nr. 22.118.970

Postscheckkonto: Hannover 66715

PK/Hu -2-

abfließt, wobei wenigstens eine Zweigleitung mit dem Abwasserrohr zur Zuführung des Abwassers zu dem Abwasserrohr verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Führungsvorrichtung (1), die an der Verbindungsstelle der wenigstens einen Zweigleitung (3) mit dem Abwasserrohr (2) zur derartigen Zuführung des Abwassers angeordnet ist, daß dieses entlang der inneren Wand des Abwasserrohres fließt, durch einen Raum (4), der ein Medium enthält und außerhalb des Abwasserrohres (2) unterhalb der Führungsvorrichtung (1) angeordnet ist, und durch Mittel zur Übertragung von Wärme von dem Medium auf das Gebäude.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umlauf kreis für das Medium mit dem Raum (4) verbunden ist, und daß der Umlaufkreis einen Wärmetauscher (6) zum Wärmeaustausch zwischen dem Medium und in das Gebäude einströmendem Frischwasser aufweist.

B. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Umlaufkreis ein Pufferraum (9) für das Medium vorgesehen ist.

9· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die v/enigstens eine Zweigleitung (3) tangential mit dem Abwasserrohr (2) verbunden ist und daß die Führungsvorrichtung (1) als Einlauf ausgebildet ist, der spiralförmig in das Abwasserrohr (2) einmündet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spirale sich über wenigstens ein Viertel des Umfangs erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlauf einen Boden (11) aufweist, der in Strömungsrichtung zu dem Abwasserrohr (2) hin abwärts geneigt ist.

Patentanwälte Dip!.-lng. Horst Rose Dipl.-Ing. Peter KosaJ

130067/0204