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Anlage zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Wärmerückgewinnung aus Abwässen,
mit einer von einem Abwasser-Auffangbehälter ausgehenden Abwasser-Durchlaufstrecke,
in welcher nacheinander eine Abwasserförderpumpe, ein anderseits von zu erwärmendem
Brauchwasser durchflossener Wärmetauscher und/oder ein Verdampfer eines Wärmepumpenkreises
angeordnet sind.
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Der Einsatz von Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern, die
in jedem Haushalt anfallen, wird durch den Umstand gehemmt, daß das Wärme abgebende
Medium schmutzbelastet ist.
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Bei den bisher vorgeschlagenen Anlagen zur Wärmerückgewinnung aus
Abwässern müssen der Wärmetauscher und/oder der Verdampfer eines eingesetzten Wärmepumpenkreises
in relativ
kurzen Zeitabständen unter Abschalten der Anlage geöffnet
und mechanisch und von Hand gereinigt werden. Dadurch ergeben sich beachtliche Betriebskosten,
die den Einsatz solcher Wärme rückgewinnungs anlagen unattraktiv machen. Außerdem
ist man zu einem einfachen Aufbau von Wärmetauscher und Verdampfer gezwungen, um
sie manuell leicht reinigbar zu halten, was aber wiederum den Wirkungsgrad dieser
Anlagenteile mindert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend
genannten Nachteile eine Wärmerückgewinnungsanlage der eingangs genannten Art so
auszubilden, daß sie eine selbsttätige Reinigung der vom verschmutzten Abwasser
durchflossenen Anlagenteile erlaubt, ohne daß dazu diese Anlagenteile ausgebaut
oder geöffnet werden müssen.
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Ausgehend von einer Anlage mit den eingangs genannten Merkmalen wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlage mit einer Reinigungseinrichtung
für die vom Abwasser durchflossenen Anlagenteile versehen ist, die einen teilweise
über die zu reinigenden Anlagenteile führenden Reinigungsmittel-Umlaufkreis mit
einem eine Reinigungsmittel-Dosierstation und eine Reinigungspumpe aufweisenden
Umlaufkreisabschnitt, der einerseits in Abwasser-Durchlaufrichtung vor dem Wärmetauscher
und andererseits hinter dem Verdampfer an die vor bzw. hinter den Anschlußstellen
durch gesteuerte Ventile absperrbare Abwasser-Durchlaufstrecke angeschlossen ist,
versehen ist.
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Vorteilhafterweise kann die Anlage mit einer Steuerungseinrichtung
versehen sein, die den Einsatz der Reinigungspumpe zeitabhängig und so steuert,
daß die Reinigungspumpe und die Sperrventile in der Abwasser-Durchlaufstrecke nur
bei abgeschalteter Abwasserförderpumpe betätigbar sind.
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Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Wärme rückgewinnungs anlage
wird also eine automatische Reinigung der vom Abwasser durchflossenen Anlagenteile
durch Ausspülen des abgelagerten Schmutzes erreicht. Hierbei kann zweckmäßig zwischen
dem Verdampfer und der hinteren Anschlußstelle des Reinigungsmittel-Umlaufkreises
in die Abwasser-Durchlaufstrecke ein Schlammabsatzgefäß eingefügt sein, das einen
zusätzlichen, mit einem gesteuerten Ventil versehenen Spülausgang aufweist und in
welchen sich bereits während der Wärmerückgewinnungsphasen im Abwasser enthaltener
Schlamm absetzen kann, der dann nach Beendigung des Spülkreislaufes der Reinigungseinrichtung
mittels der Spülflüssigkeit über den Spülausgang automatisch entleert werden kann.
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Durch die zeitabhängige Steuerung der Reinigungspumpe kann die automatische
Reinigung der Abwasserwärmerückgewinnungsanlage auf die Nachtstunden verlegt werden,
in welchen die Entnahme von warmem Brauchwasser ohnehin unterbleibt oder stark reduziert
ist, so daß durch die selbsttätige Reinigung der Anlage ihre Betriebsbereitschaft
praktisch ungeschmälert bleibt. Ein Spülvorgang der Anlagenteile kann Je nach Verschmutzungsgrad
des eingesetzten Abwassers in jeder Nacht, oder auch nur, wenn mangelnder Wärmeübergang
an der Tauscherfläche des Verdampfers ein Abfallen des Verdampferdruckes bewirkt,
durchgeführt werden, Jedenfalls aber in kürzeren Abständen als bei bisher bekannten
und eingangs erwähnten derartigen Anlagen. Damit wird verhindert, daß sich in den
Anlagenteilen dickere und bei einem Spülvorgang nicht mehr vollständig entfernbare
Schmutz schichten bilden können.
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Vielmehr bleiben die Anlagenteile sauber, was bedeutet, daß die Wärmeübertragungsflächen
von Wärmetauscher und Verdampfer immer voll wirkungsvoll bleiben und ein einheitlich
guter Wirkungsgrad der Anlagenteile gewährleistet ist, abgesehen davon, daß durch
den Wegfall einer mechanischen Reinigung
der Anlagenteile diese
einen wirkungsgradgünstigeren Aufbau als Anlagenteile haben können, bei denen auf
eine freie Zugänglichkeit der Wärmeübertragungsflächen für Bürsten o. dgl. geachtet
werden muß.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Anlage zur Wärmerückgewinnung aus Abwässern anhand der beiliegenden schematischen
Zeichnung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt von einer üblichen Einrichtung für warmes Brauchwasser
zwei isolierte Warmwasser-Pufferspeicher 10 und 11, bei denen es sich beispielsweise
um mit billigem Nachtstrom elektrisch beheizbare Warmwasserspeicher handeln kann.
Dem Eingang 12 des ersten Pufferspeichers 10 kann über eine Leitung 13, über ein
Absperrventil 14 und ein Rückschlagventil 15 Kaltwasser zugeführt werden. Die beiden
Pufferspeicher 10 und 11 sind in Reihe geschaltet. Der Ausgang 16 des ersten Speichers
10 ist also über eine Leitung 17 mit dem Eingang 18 des zweiten Pufferspeichers
11 direkt verbunden, dessen Ausgang 19 seinerseits über eine Leitung 20 zu nicht
dargestellten Brauchwasser-Zapfstellen führt. An diese Brauchwasser-Durchlaufstrecke
ist die Wärmerückgewinnungsanlage an Abzweigstellen 21 und 22 angekoppelt.
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Bei der dargestellten Wärmerückgewinnungsanlage handelt es sich um
eine zweistufige Anlage, in welcher die Abwasserwärme dem Brauchwasser sowohl direkt
als auch über einen Wärmepumpenkreis zugeführt wird. Das anfallende, selektierte
oder grob mechanisch vorgereinigte Abwasser wird über eine Zulaufleitung 23 in einen
Sammelbehälter 22 mit tWberlaufanschluß 24 geleitet. Im Sammelbehälter 22 ist ein
Wärmefühler 25 angeordnet. Außerdem sind Fühler 26 für eine Abwasserniveausteuerung
angebracht. Mittels einer ebenfalls im Auffangbehälter
22 angeordneten
Abwasserförderpumpe 27 wird das Abwasser über eine Leitung 28 über ein Rückschlagventil
29, ein Absperrventil 30, ein Durchflußregulierventil 31, einen Durchflußmesser
32, ein gesteuertes Abzweigventil 33 zu einem Eingang 35 eines beispielsweise als
Plattentauscher ausgebildeten Wärmetauschers 34 geführt. Aus dem Wärmetauscher 34
gelangt das Abwasser von einem Auslaß 36 über eine Leitung 39, in welcher ein WärmefÜhler
40 der Steuereinrichtung angebracht ist, zum Einlaß 41 eines Verdampfers 42 des
Wärmepumpenkreises. Vom Ausgang 43 des Verdampfers 42 wird das Abwasser über ein
Schlammabsatzgefäß 44 und ein gesteuertes Absperrventil 45 in eine Abflußleitung
46 weitergeleitet, die in einen nicht dargestellten Abwasserkanal mündet. Die Abwasserförderpumpe
27 wird gesteuert betrieben.
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In der beschriebenen Abwasser-Durchlaufstrecke ist eine Bypass-Leitung
47 vorgesehen, mit welcher Abwasser vom Abzweigventil 33 zu einer Anschlußstelle
48 in der Leitung 39 der Abwasser-Durchlaufstrecke am Wärmetauscher 34 vorbeigeleitet
werden kann. Das Schlammabsatzgefäß 44 in der Abwasser-Durchlaufstrecke ist mit
einem gesonderten Spülausgang 49 versehen, von welchem eine Leitung 50 über ein
gesteuertes Absperrventil 51 in den nicht dargestellten Abwasserkanal führt.
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Der hier nicht näher interessierende Wärmepumpenkreis ist mit einer
punktierten Linie angedeutet. Er führt vom Verdampfer 42 über einen Verdichter 52
zu einem Verflüssiger 53. An der Sauggasleitung des ~Verdichters 52 ist ein Pressostat
74 eingebaut, der bei Unterschreiten seines Einstellwertes den Reinigungsvorgang
in der darauffolgenden Nacht einleitet.
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Das Brauchwasser wird aus dem ersten Pufferspeicher 10 über die Anschlußstelle
21 in einer Leitung 54 zum Anschluß 37 des Wärmetauschers 34 geführt und gelangt
vom Wärmetauscher 34 über dessen Auslaßanschluß 38 über eine Leitung 55 zu einem
Umschaltventil 56 und von dort aus über eine Leitung 57, in welche der Verflüssiger
53 und eine den Durchfluß des Brauchwassers bewirkende Brauchwasserpumpe 58 gelegt
sind, über ein Absperrventil 59 zur Anschlußstelle 22 der Brauchwasserleitung 20.
Zwischen der Brauchwasserpumpe 58 und dem Absperrventil 59 ist eine Abzweigstelle
60 vorgesehen, von welcher eine Verbindungsleitung 61 zum gesteuerten Umschaltventil
56 führt.
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Die Wärmerückgewinnungsanlage ist mit einer Reinigungseinrichtung
versehen, mit welcher der Wärmetauscher 34 und der Verdampfer 42 sowie angrenzende,
in der Abwasser-Durchlaufstrecke liegende Anlagenteile regelmäßig und automatisch
gereinigt werden können. Der Reinigungsmittel-Umlaufkreis weist einen Leitungsabschnitt
62 auf, der an einer Stelle 63 zwischen dem Absperrventil 30 und dem Durchflußregulierventil
31 und an einer zweiten Stelle 64 zwischen dem Schlammabsatzgefäß 44 und dem gesteuerten
Absperrventil 45 an die Abwasser-Durchlaufstrecke angeschlossen ist und in welchen
zwischen Absperrventilen 65, 66 und einem gesteuerten Ventil 75 eine Reinigungspumpe
67 und die Anschlußstelle 68 einer Reinigungsmittel-Dosierstation 69 gelegt sind.
Mittels der Reinigungspumpe kann mit Reinigungsmittel versehenes Abwasser aus dem
Umlaufkreisabschnitt 62 über die Anschlußstelle 63 durch die Anlagenteile 31, 32,
33, 34, 39, 42, 44 und über die Anschlußstelle 64 zurück zur Reinigungspumpe in
einem zur Reinigung des Wärmetauschers 34 und des Verdampfers 42 ausreichenden Zeitraum
geführt werden.
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Die Wirkungsweise der weitgehend automatisch arbeitenden Anlage wird
nachfolgend näher erläutert. Von der den automatischen Betriebsablauf bewirkenden
Steuereinrichtung sind u. a. noch ein an der Brauchwasser-Abzweigstelle angeordneter
Wärmefühler 70 und zwei in den Pufferspeichern 10 und 11 angeordnete Wärmefühler
71 und 72 und ein Wärmefühler 73 eingezeichnet. Wird über die Leitung 20 warmes
Brauchwasser aus dem Pufferspeicher 11 entnommen, fließt Über den vorgeschalteten
Pufferspeicher 10 Wasser nach und gelangt Kaltwasser aus der Leitung 13 über den
Anschluß 12 in den unteren Teil des Pufferspeichers 10. Dieser Kaltwasserzulauf
wird vom Temperaturfühler 71 festgestellt. Wird durch das aus dem Pufferspeicher
10 nachfließende Wasser im Pufferspeicher 11 durch den Wärmefühler 72 die Unterschreitung
eines Wärmesollwertes festgestellt, wird die Wärmerückgewinnungsanlage in Betrieb
gesetzt. Dazu wird die Abwasserförderpumpe 27 im Auffangbehälter 22 eingeschaltet,
gleichzeitig auch die Brauchwasserpumpe 58 sowie der Verdichter 52 des Wärmepumpenkreises.
Das Abwasser wird auf der vorstehend beschriebenen Abwasser-Durchlaufstrecke über
den Wärmetauscher 34 und den Verdampfer 42 zur Abflußleitung 46 geleitet. Im Wärmetauscher
34 ist eine Abwasserwärmeentnahme bis zu einem am Fühler 73 überwachten bestimmten
Temperaturwert, beispielsweise +160C vorgesehen. Erfolgt im Wärmetauscher 34 eine
stärkere Abkühlung des Abwassers, wird am Umschaltventil 33 ein Abwasserteilstrom
über die Bypass-Leitung 47 am Wärmetauscher 34 vorbei direkt zum Verdampfer 42 geleitet,
um an dessen Eingang die am Wärmefühler 40 überwachte Mindesteingangstemperatur,
hier +16°C beizubehalten. Im Verdampfer 42 wird dem Abwasser ein weiterer Teil seiner
Wärme entzogen, und dabei das Abwasser beispielsweise auf +80C abgekühlt, bevor
es über die Leitung 46 in die Kanalisation abgeleitet wird. In dieser Betriebsphase
der Wärmerückgewinnungsanlage
sind das gesteuerte Ventil 45 geöffnet
und die gesteuerten Ventile 51 und 75 geschlossen.
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Durch die eingeschaltete Brauchwasserpumpe 58 wird Brauchwasser über
die Anschlußstelle 12 aus dem Wärmespeicher 10 über die Anschlußstelle 21 in die
Leitung 54 angesaugt und durch den Wärmetauscher 34 hindurchgefördert. Das dort
vorgewärmte Brauchwasser erhält im Wärmetauscher 34 eine von der Abwassertemperatur
abhängige Aufwärmung auf Werte zwischen beispielsweise +16°C und +300C. Da am Verflüssiger
53 des Wärmepumpenkreises, in welchen das von der Brauchwasserpumpe 58 geförderte
Brauchwasser anschließend gelangt, eine relativ hohe Mindesttemperatur herrschen
soll, um eine gewünschte Brauchwasser-Endtemperatur von beispielsweise +4500 zu
erhalten, kann am als Regelventil ausgebildeten Umsteuerventil 56 über die Leitung
61 dem aus dem Wärmetauscher 34 kommenden Brauchwasser ein Teilstrom von vorher
bereits im Verflüssiger 53 auf die gewnschte Endtemperatur erwärmtem Brauchwasser
zugemischt werden. Das Brauchwasser gelangt schließlich über die Leitung 57 in den
Pufferspeicher 11.
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Sollte die Abwassertemperatur unter einen Mindestwert, beispielsweise
+14°C absinken, wird die gesamte Wärmerückgewinnungsanlage durch die Steuereinrichtung
abgeschaltet und erst wieder zugeschaltet, wenn der Temperaturfühler 25 im Auffangbehälter
22 ein Überschreiten der Mindestabwassertemperatur anzeigt.
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Im Wärmetauscher 34 und im Verdampfer 42 setzt sich aus dem verschmutzten
Abwasser zwangsläufig eine Schmutzschicht auf den Wärmeübertragungsflächen ab, was
noch durch die erfolgende Abkühlung des Abwassers begünstigt wird. Dadurch fällt
der Verdampfungsdruck ab. Diese Schmutz schicht wird
zweckmäßig
regelmäßig und vorzugsweise während der Nachtstunden durch von der Dosiereinrichtung
69 geliefertes Reinigungsmittel beseitigt. Hierzu sperrt die Steuereinrichtung bei
abgeschalteter Abwasserförderpumpe 27 in der Abwasser-Durchlaufstrecke das Ventil
45, öffnet das Ventil 75 im Umlaufkreisabschnitt 62 der Reinigungseinrichtung und
setzt die Reinigungspumpe 67 in Betrieb. Der Wärmepumpenkreis bleibt abgeschaltet,
wie auch die Brauchwasserpumpe 58. Die Spülflüssigkeit wird durch die Reingungspumpe
67 über die Anschlußstelle 63 in die Abwasser-Durchlaufstrecke gepreßt und über
eine ausreichend lange Zeit im Kreislauf durch die im in den Spülkreislauf einbezogenen
Teil der Abwasser-Durchlaufstrecke befindlichen Anlagenteile hindurchbewegt, insbesondere
durch die in erster Linie verschmutzten Wärmetauscher 34 und den Verdampfer 42.
Der abgelöste Schmutz und Schlamm wird weitgehend im Schlammabsatzgefäß 44 zurückgehalten
und nicht dauernd im Spülkreis umgewälzt. Nach Ablauf des Reinigungsprogrammes werden
die Reinigungspumpe 67 abgeschaltet und das Ventil 51 in der Spülauslaßleitung 50
des Schlammabsatzgefäßes 44 geöffnet und das Ventil 75 im Umlaufkreisabschnitt 62
geschlossen. Anschließend wird die Abwasserförderpumpe kurzzeitig in Betrieb gesetzt,
die das mit Reinigungsmittel und Schmutz versehene Abwasser aus der gespülten Durchlaufstrecke
über das Schlammabsatzgefäß 44 und die Leitung 50 in den Abwasserkanal befördert.
Anschließend werden die Abwasserförderpumpe 27 wieder abgeschaltet, das Ventil 51
geschlossen und das Sperrventil 45 geöffnet, so daß die Wärme rückgewinnungs anlage
wieder betriebsbereit ist.
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