DE3717720A1 - Waermeuebertrager zur rueckgewinnung von duschabwasserwaerme - Google Patents

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmeübertrager zur effektiven Wärmerückgewinnung aus Duschabwässern, welcher vorzugsweise für eine Anwendung in Duschanlagen von Sport- und Erholungsstätten, in Einrichtungen des Gesundheitswe­ sens sowie in Sanitärkomplexen von Militärbauten und Groß­ betrieben geeignet ist. Der Wärmeübertrager ist sowohl als Nachrüstbaueinheit für bestehende Duschanlagen als auch in Form einer Neuinstallation mit minimalem Realisierungs- und Betriebsaufwand einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind zahlreiche Duscheinrichtungen mit installierten Wär­ metauschern unterschiedlichster Bauweise und Wärmeübertra­ gungsmöglichkeit zur energetischen Nutzung von Duschabwasser bekannt, welche innerhalb oder unterhalb der Duschwanne an­ geordnet werden. Derartige Wärmetauscher sind beispielsweise in der DE-OS 28 55 558 und SE-OS 4 12 111 sowie im DD-WP 2 06 511 und DD-WP 2 29 204 beschrieben. Grundsätzlich beinhalten alle Ausführungen in mehr oder weniger ausgeprägter Form den Nach­ teil, daß ein ungünstiges Verhältnis zwischen Herstellungs- und Betriebskostenaufwand und spezifischer Wärmeübertragungs­ fläche, bezogen auf ein konstantes Grundflächenangebot des Duschwannenbereiches, vorliegt.

Zum Beispiel wird der im DD-WP 2 29 204 vorgeschlagene und in der Duschwanne angebrachte Wärmetauscher aus zwei gegenüber­ liegenden, kammförmig gestalteten und voneinander getrennten Segmenten mit mehreren Wärmeübertragungsrohren, welche rechtwinklig zu einem mit Strömungskanälen versehenen Vor- und Rücklaufverteiler und parallel zueinander angeordnet sind, gebildet. Die Wärmeübertragungsrohre besitzen an ei­ nem Ende keinerlei kraft- oder formschlüssige Verbindungen zu anderen Wärmetauscherteilen. Die beiden Kammsegmente sind in einer Ebene, in zwei übereinander befindlichen oder in zwei gekreuzten Ebenen installiert und zu Reinigungszwecken entnehmbar bzw. ausschwenkbar gestaltet. Diese Variante er­ möglicht zwar günstige, jedoch keine optimalen Wärmerückge­ winnungsgrade und ist außerdem durch relativ hohe Material-, Fertigungs- und Montageaufwendungen charakterisiert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Wärmeübertrager zur Rückge­ winnung von Duschwasserwärme zu finden, der einerseits durch optimale Wärmerückgewinnungsgrade sowie Reinigungsmög­ lichkeiten und zum anderen durch einfachere bzw. kostenre­ duzierte Fertigungs-, Material- und Instandhaltungsaufwen­ dungen gekennzeichnet ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärmeübertrager so auszugestalten, daß eine große Wärmeübertragungsfläche bei minimalem Flächen- und Raumbedarf geschaffen wird. Darüber hinaus gewährleistet der Wärmeübertrager hohe Wärmeübergangs­ werte und ist bei Wartungs- und Pflegearbeiten unkompliziert handhabbar.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, indem der Wärmeübertrager aus Kastenprofilrohren, vorzugsweise quadra­ tischen Kastenprofilrohren, gebildet und diese derart anein­ andergereiht werden, daß ihre Querschnittsprofilkanten eine Neigung, vorzugsweise eine Neigung von 45°, zum Boden der Duschwanne aufweisen. Die Kastenprofilrohre sind an ihren Enden mit Halteblechen zusammengefügt und bevorzugt paarweise durch Strömungsleitstücke, die sich an der Außenseite der Haltebleche befinden und eine Strömungsumlenkung ermöglichen, hydraulisch miteinander verbunden. Die Anordnung der einzelnen Kastenprofilrohre erfolgt entweder mit oder auch ohne Ab­ stand zueinander. Die Kastenprofilrohre stehen direkt oder durch Verbundelemente, welche ebenfalls Kastenprofilrohre darstellen und in die entsprechend größeren Kastenprofil­ rohre hineinschiebbar sind, mit den Halteblechen in Verbin­ dung. Die parallel oder in Reihe durchströmten Kastenpro­ filrohre sind in Richtung der Wandseite der Mischbatterie schwenkbar. Die Anschlußleitungen sind dazu flexibel ausge­ bildet, befinden sich parallel oder annähernd parallel zur Wandseite der Mischbatterie und liegen unterhalb der Ober­ kante des Wärmeübertragers, vorzugsweise parallel zum Boden der Duschwanne.

Erfindungswesentlich ist weiterhin, daß bei direktem Anein­ anderliegen der Kastenprofilrohre ein Anstauen von Duschab­ wasser bis zu entsprechenden Durchbrüchen, welche in die obe­ ren Dreiecksektionen der Haltebleche eingebracht werden, er­ zielt wird. Daraus resultiert eine erhebliche Steigerung der Wärmeübertragungsleistung.

Der trotz seiner direkten Begehbarkeit durch außerordentlich geringen Materialeinsatz gekennzeichnete Wärmeübertrager ga­ rantiert je nach Schaltungsvariante der Nutzwasserbereitung sowie speziellen örtlichen Strömungs- und Temperaturbedingun­ gen hohe Wärmerückgewinnungsgrade von 35 . . . 55%. Darüber hinaus bietet der Wärmeübertrager in ergonomischer, hygieni­ scher und designmäßiger Hinsicht optimale Anwendungsverhält­ nisse.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Lösung anhand eines de­ taillierten Beispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 Die Schnittansicht einer Duscheinrichtung mit erfin­ dungsgemäßem Wärmeübertrager entsprechend Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 Die Schnittansicht nach Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 Die Schnittansicht nach Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 Die Einzelheit nach Ausschnitt IV der Fig. 3,

Fig. 5 Die Einzelheit nach Ausschnitt V der Fig. 2.

Fig. 6 Eine spezielle Anordnungsmöglichkeit der Wärmeüber­ tragerrohre.

Fig. 7 Eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Wärmeüber­ tragerrohre.

Fig. 8 Die Schnittansicht nach Linie VI-VI der Fig. 7.

Der in Fig. 1, 2 und 3 komplex dargestellte Wärmeübertra­ ger 2 ist innerhalb der Duschwanne 1 einer Duscheinrichtung installiert. Die Wärmeübertragungselemente des Wärmeüber­ tragers 2 bestehen aus Kastenprofilrohren 3, welche parallel zueinander angeordnet und jeweils an beiden Enden mit einem Halteblech 5 versehen sind. Wie insbesondere in Fig. 3 und 4 dargestellt, werden dabei die Kastenprofilrohre 3 , vor­ zugsweise quadratische Kastenprofile, so aneinandergereiht, daß ihre Querschnittsprofilkanten einen Winkel, vorzugs­ weise einen Winkel von 45°, zur Horizontalen bzw. zum Bo­ den der Duschwanne 1 aufweisen. In die Haltebleche 5 sind Bohrungen, welche fluchtend zur Mittelachse der Kastenpro­ filrohre 3 verlaufen, eingearbeitet. Durch die Strömungs­ leitstücke 6 erfolgt bevorzugt ein paarweises hydraulisches Verbinden der Kastenprofilrohre 3, woraus eine mäanderför­ mige Strömungskanalstruktur resultiert. Die sich auf der Ebene der Kastenprofilrohre 3 und etwa parallel zur Wand­ seite der Mischbatterie 10 bzw. zum wandseitigen Halte­ blech 5 befindenden flexiblen Anschlußleitungen 11 sind einerseits an eine Druckleitung für kaltes Frischwasser K und andererseits an eine zur Mischbatterie 10 führenden Leitung angeschlossen. Das nach dem Duschvorgang in Dusch­ abwasser A umgewandelte Duschfrischwasser F gelangt durch die Fußmatte 8, die z. B. aus stand- und trittsicherem so­ wie relativ biegesteifen Gummi- oder Plastwerkstoff herge­ stellt ist, und benetzt die geneigten Flächen der Kasten­ profilrohre 3. Die im Duschabwasser A enthaltene Wärme­ energie wird teilweise auf das in den Kastenprofilrohren 3 strömende kalte Frischwasser K übertragen. Das somit vor­ liegende vorgewärmte Frischwasser V wird mit dem heißen Frischwasser H mittels der Mischbatterie 10 bedarfsgerecht gemischt und zur Dusche 9 befördert. Das durch die Spal­ ten S hindurchdringende Duschabwasser A wird entweder di­ rekt oder nach entsprechendem Anstauen in der Duschwanne 1 über einen Abflußkanal geleitet.

Die in definierten Zeitabständen vorzunehmende äußere Rei­ nigung des Wärmeübertragers 2 ist aufgrund der zweckmäßi­ gen Anordnung der Kastenprofilrohre 3 in besonders einfa­ cher und hygienisch wirksamer Art und Weise mit minimalem Zeitaufwand durchführbar. Zur Verbesserung der Ergonomie­ bedingungen für das Reinigungspersonal ist der Wärmeüber­ trager 2 in Richtung der Mischbatterie 10 schwenkbar ge­ staltet. Dazu sind am Halteblech 5 zwei Ronden 4 vorge­ sehen. Die flexiblen Verbindungsschläuche 11 werden beim Ausschwenken des Wärmeübertragers 2 um 90° verdrillt, wo­ mit eine überaus platzsparende, anwendungsfreundliche und fertigungsminimierte Gesamtausführung gegeben ist.

Als Materialien für die einzelnen Wärmeübertragerbauteile kommen vorzugsweise allgemeine Baustähle zum Einsatz. Nach Abschluß aller mechanischen und fügetechnischen Arbeits­ maßnahmen am Wärmeübertrager 2 wird sowohl eine innere als auch äußere Verzinkung für die Realisierung einer langzeit­ beständigen Korrosionsschutzschicht vorgenommen. Auch eine qualitätsgerechte Innenverzinkung ist wegen der ausreichend großen Strömungsquerschnitte problemlos ausführbar. Die Ka­ stenprofilrohre 3 werden gemäß Fig. 4 und 5 mit einem durch­ gehenden Spalt S von etwa 2 . . . 4 mm auf Abstand gehalten. Das Anschweißen der Kastenprofilenden mit den Halteblechen 5 erfolgt hierbei mittels halber V-Nähte. Es ist jedoch auch möglich, eine direkte waagerechte Aneinanderreihung der Ka­ stenprofilrohre 3 zu konzipieren. In diesem Fall, darge­ stellt in Fig. 6, ist eine ununterbrochene und sägezahn­ artig verlaufende Kehlnahtschweißung zwischen Kastenprofil­ rohren 3 und Halteblechen 5 erzielbar. Der erforderliche freie Querschnitt für das tropfen- und filmweise Hindurch­ treten des Duschabwassers A wird durch geringfügiges mecha­ nisches Abtragen der Kastenprofilecken (z. B. 1 mm pro Ecke), beispielsweise durch Überschleifen oder -fräsen, bis zu ei­ ner verbleibenden Endlänge L hergestellt. Eine weitere Ge­ staltungsvariante ist aus Fig. 7 und 8 ersichtlich. Die Spalten S zwischen den Kastenprofilrohren 3 betragen vor­ zugsweise 2 . . . 4 mm. An deren Enden schaffen Verbundele­ mente 7, welche maßgeblich geringer dimensionierte Kasten­ profilrohre darstellen, die Verbindung zwischen den ent­ sprechend größeren Kastenprofilrohren 3 und den Halteble­ chen 5. Die Vorteile einer solchen Lösung bestehen insbe­ sondere darin, daß eine fertigungsseitige Unabhängigkeit von Längentoleranzen zu verzeichnen und infolge des ent­ stehenden großen Abstandes zwischen den Verbundelementen 7 eine Abfuhrmöglichkeit für grobe Schmutzstoffe gewährlei­ stet ist.

Bei einer Aneinanderreihung der Kastenprofilrohre 3 ohne zwischenliegende Spalten S erreicht man während des Dusch­ betriebes ein Anstauen des Duschabwassers A in den jeweils von zwei Kastenprilrohren 3 gebildeten Dreieckwanne, wo­ durch eine Erhöhung der Wärmerückgewinnungsgrade ermög­ licht wird. Der Überlauf ist aus hygienischen Gründen un­ terhalb der Rohroberkante zu realisieren. Dazu werden ent­ sprehende Löcher, welche zeichnerisch nicht dargestellt sind, in die freie Dreiecksektion der Haltebleche 5 einge­ arbeitet. Das angestaute Duschabwasser verläßt nach been­ detem Duschvorgang sehr langsam wieder diese Dreieckwanne, da infolge der Form- und Lageabweichungen der Kastenprofil­ rohre 3 keine absolut dichte Stoßfuge vorhanden ist.

• Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen  1- Duschwanne 2- Wärmeübertrager 3- Kastenprofilrohr 4- Ronde 5- Halteblech 6- Strömungsleitstück 7- Verbundelement 8- Fußmatte 9- Dusche10- Mischbatterie11- flexible AnschlußleitungA- DuschabwasserF- DuschfrischwasserH- heißes FrischwasserK- kaltes FrischwasserV- vorgewärmtes FrischwasserS- SpaltL- Endlänge

Claims (5)

1. Wärmeübertrager zur Rückgewinnung von Duschabwasserwärme, bestehend aus parallel zueinander und zum Boden der Duschwanne angeordneten Wärmeübertragungsrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Wärmeübertragers (2) aus Kastenprofilrohren (3), vorzugsweise quadratischen Kastenprofilrohren, gebildet und derart aneinanderge­ reiht werden, daß ihre Querschnittsprofilkanten eine Neigung, vorzugsweise eine Neigung von 45°, zum Boden der Duschwanne (1) aufweisen.

2. Wärmeübertrager nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kastenprofilrohre (3) mit ihren beiden Stirnsei­ ten an Halteblechen (5), welche zur Mittelachse der Ka­ stenprofilrohre (3) fluchtende Öffnungen besitzen, be­ festigt sind und durch Strömungsleitstücke (6) hydrau­ lisch miteinander verbunden sind.

3. Wärmeübertrager nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die einzelnen Kastenprofilrohre (3) entweder direkt oder durch Verbundelemente (7), welche ebenfalls Kastenprofilrohre darstellen und in entsprechend größere Kastenprofilrohre (3) hineinschiebbar sind, mit den Hal­ teblechen (5) in Verbindung stehen.

4. Wärmeübertrager nach Punkt 1 . . . 3, dadurch gekennzeich­ net, daß bei direkter Anlage der Kastenprofilrohre (3) in die oberen freien Dreiecksektionen der Haltebleche (5), d. h. oberhalb der waagerechten Rohrachsen, Öffnungen ein­ gearbeitet sind.

5. Wärmeübertrager nach Punkt 1 . . . 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wärmeübertrager (2) flexible Anschlußleitun­ gen (11) in gestreckter Einbaulage besitzt, die parallel oder annähernd parallel zur Wandseite der Mischbatterie (10) verlaufen und sich unterhalb der Oberkante des Wärmeüber­ tragers (2), vorzugsweise parallel zum Boden der Dusch­ wanne (1), befinden.