FI126914B - Lämmön talteenottoyksikkö - Google Patents

Description

LÄMMÖN TALTEENOTTOYKSIKKÖ Tekniikan ala

Hakemus kohdistuu yleisesti lämmön talteenottoyksikköön.

Tausta

Kiinteistöjen jätevesien (harmaa vesi) mukana viemäriin menee valtavat määrät lämpöenergiaa, josta ihmiset ovat esim. suihkussa käydessään maksaneet. Lämpimän jäteveden lämpöenergiaa on pyritty hyödyntämään esim. vesi- ja suihkuhanoihin tulevan kylmän käyttöveden lämmittämiseksi. Kun kylmään veteen siirretään lämpöenergiaa jätevedestä, niin tällöin ostoenergialla lämmitettyä vettä tarvitaan vähemmän. Vähäisemmän ostoenergian käyttö tuo suoraa säästöä veden kuluttajalle, koska ei ole tarvetta käyttää kallista ostoenergiaa kylmän veden lämmittämiseen.

Eräs ratkaisu jätevesien lämpöenergian hyödyntämiseksi on ns. kupariputki-periaate, jossa hanaan tuleva kylmävesiputki on kierretty viemäriputken ympärille, jolloin viemäriputkessa kulkeva jätevesi lämmittää kupariputkessa kulkevaa kylmää vettä.

Toinen ratkaisu on ottaa lämpöenergia jätevedestä ennen kuin se menee viemäriputkeen. Lämmön talteenottolaite (LTO-laite) asennetaan suihkun yhteyteen, jossa lämmin suihkuvesi lämmittää kylmää käyttövettä vapaa virtaukselli-sesti ja esilämmitetty vesi ohjataan lämminvesivaraajaan.

Ongelmana olemassa olevissa laitteissa on niiden heikko hyötysuhde, koska ne pystyvät ottamaan talteen jäteveden lämpöenergiasta korkeintaan n. 40 %.

Lisäksi ongelmana on laitteiden epävarma toiminta, koska niihin ajautuu suih-kuveden mukana likaa, esim. hiuksia, ihoa ja hiekkaa, jotka tukkivat laitteet. Lisäksi kupariputken pintaan tarttuva lika heikentää laitteen hyötysuhdetta.

Muita ratkaisuja on esitetty suomalaisessa hyödyllisyysmallissa Fl 9187, saksalaisessa patenttihakemuksessa DE 2806029 ja ranskalaisessa patenttihakemuksessa FR 2939186.

Yhteenveto

Keksinnön eräänä tavoitteena on poistaa tunnetun tekniikan ongelmia ja esitellä lämmön talteenottoyksikkö, jolla on parantunut hyötysuhde sekä pidentynyt huoltoväli ja käyttöikä.

Keksinnön eräs tavoite saavutetaan patenttivaatimuksen 1 lämmön talteenot-toyksiköllä.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukainen lämmön talteenottoyksikkö käsittää lämmönvaihtimen tulevan käyttöveden lämmittämiseksi poistovedellä, pumpun poistoveden pumppaamiseksi lämmönvaihtimen läpi, ja ohituskana-van osan poistovedestä ohjaamiseksi ohi lämmönvaihtimen. Yksikkö käsittää lisäksi suodatinyksikön, jossa on suodatin lämmönvaihtimelle menevän poisto-veden puhdistamiseksi. Ohituskanava on yhdistetty suodatinyksikköön siten että ainakin osa suodattimen läpi virtaavasta vedestä on mahdollista poistaa ohituskanavan aukaisuun ja sulkemiseen tarkoitetun venttiilin avulla suoda-tinyksiköstä ohituskanavaan suodatinta puhdistettaessa. Ohituskanavaventtiili on sovitettu avautumaan kun tulevan käyttöveden virtauksen havainnointiin tarkoitettu virtausanturi ei havaitse virtausta. Aukinainen ohituskanavaventtiili mahdollistaa suodattimen esipuh-distamisen suodatinyksikön ja aukinaisen venttiilin kautta ohituskanavaan virtaavan poistoveden avulla.

Muita suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Kuvien lyhyt selitys

Kuvien yksityiskohtaisessa selityksessä kerrotaan keksinnön suoritusmuotoja tarkemmin viitaten oheisiin kuviin, joissa kuvat 1a-1c esittävät lämmön talteenottoyksikön periaatekuvan ja eri kuvakulmissa, ja kuvat 2a-2e esittävät suodatinyksikön yksityiskohtia erilaisissa suoritusmuodoissa.

Kuvien yksityiskohtainen selitys

Kuvissa 1a ja 1b esitetään lämmön talteenottoyksikön (LTO-yksikön) 100 kokoonpano. Yksiköllä 100 voidaan esim. suihkusta tai muualta tulevalla poisto- vedellä esilämmittää suihkuhanaan tulevaa kylmää käyttövettä tai muuta nestettä ennen kuin se menee viemäriin, keräimeen tai muuhun käyttöön.

Vaihtoehtoisesti yksikköä 100 voi käyttää esim. keittiö- tai wc-hanan yhteydessä, pesukoneissa, prosessilaitteissa ja muissa vastaavissa laitteissa, joissa käsitellään nestettä tai muuta kuin kiinteää materiaalia.

Yksikköön 100 kuuluu lämmönvaihdin 110, esim. levylämmönvaihdin tai kupa-rikierukka-lämmönvaihdin, jonka läpi kulkee kanavaa (putkea) 102, esim. suihkuhanaan johtavaa kylmävesiputkea, pitkin tuleva kylmä käyttövesi, jota vaih-timessa 110 esilämmitetään. Esilämmitetty käyttövesi poistuu vaihtimesta 110 kanavaa (putkea) 104 pitkin suihkuhanaan.

Lisäksi yksikköön 100 kuuluvat pumppu 120 ja suodatinyksikkö 130, jossa on suodatin 132 poistoveden puhdistamiseksi siinä olevista esim. liasta, hiuksista ja hiekasta, jotka tukkisivat vaihtimen 110 huonontaen sen hyötysuhdetta ja toimintavarmuutta sekä lyhentäen sen käyttöikää ja huoltoväliä.

Pumpulla 120 pumpataan kanavaa (putkea) 122 pitkin tuleva lämmin poistove-si yksikön 130 ja vaihtimen 110 läpi, jotta lämpimällä poistovedellä voidaan esilämmittää kylmä käyttövesi vaihtimessa 110. Esilämmitykseen käytettävä jäähtynyt poistovesi poistetaan vaihtimesta 110 kanavaa (putkea) 106 pitkin.

Yksikköön 130 on yhdistetty tai siihen kuuluu tulokanava (putki, liitin) 128, joka mahdollistaa poistoveden virtaamisen pumpulta 120 yksikköön 130. Lisäksi yksikköön 130 on yhdistetty tai siihen kuuluu poistokanava (putki, liitin) 134, joka mahdollistaa ainakin osan poistovedestä virtaamisen yksiköstä 130 vaih-timelle 110.

Lisäksi yksikköön 110 kuuluu suodatinyksikköön 130 kanavan (putken, liittimen) 138 avulla yhdistetty ohituskanava 140. Ohituskanava 140 on yhdistetty suodatinyksikköön 130 siten että sitä pitkin on mahdollista ohjata ainakin osa -tarvittaessa jopa kaikki - suodatinyksikön 130 läpi kulkevasta poistovedestä ohi lämmönvaihtimen 110. Poisto- ja ohituskanavat 134, 138, 140 ovat erillisiä kanavia, jotka ovat yhdistetty suoraan yksikköön 130.

Lisäksi yksikköön 100 voi kuulua havainnointivälineet, esim. ainakin yksi virtausanturi 150, esim. virtauskytkin, tai joku muu tarkoitukseen sopiva anturi, kytkin tai automaatio, vaihtimen 110 läpi tulevan käyttöveden virtauksen ha vainnointiin. Anturi 150 havaitsee kun esim. suihkuhana aukaistaan ja käyttövesi alkaa virrata vaihtimen 110 läpi tai kun suihkuhana suljetaan ja käyttöveden virtaus loppuu. Anturi 150 voidaan sijoittaa myös kanavaan 102 ennen vaihdinta 110.

Lisäksi yksikköön 110 voi kuulua venttiili 152, esim. ajastettu moottori- tai magneettiventtiili, kanavan 140 avaamiseksi ja sulkemiseksi. Venttiili 152 on sovitettu olemaan auki ja avautumaan kun anturi 150 ei havaitse käyttöveden virtausta sekä sulkeutumaan ja olemaan kiinni kun virtausta havaitaan.

Lisäksi yksikköön 110 voi kuulua ohjausyksikkö (elektroniikka, automaatio) 154, joka on sovitettu ohjaamaan pumpun 120 ja venttiilin 152 toimintaa anturilta 150 tulevien havaintojen perusteella, ja virtalähde 156 esim. pumpun 120, venttiilin 152 ja yksikön 154 virransaantia varten.

Kun käyttöveden virtausta ei ole kanavassa 104, eli suihkuhana on kiinni, venttiili 152 on auki. Anturin 150 havaitessa virtauksen kanavassa 104, kun suihkuhana avataan, yksikkö 154 saa siitä tiedon anturilta 150, jolloin se käynnistää pumpun 120. Pumppu 120 alkaa pumpata poistovettä yksikön 130 ja aukinaisen venttiilin 152 kautta kanavaan 140 ja siitä kanavaa 106 pitkin pois yksiköstä 100 niin kauan kuin venttiili 152 on auki. Osa poistovedestä voi mennä myös vaihtimeen 110 ja sitä kautta kanavaan 106 vaikka venttiili 152 on auki.

Venttiilin 152 ollessa auki suodattimen 132 läpi kanavaan 140 virtaavaa poistovettä käytetään suodattimen 132 (sisäpintaan ja verkon silmuihin tarttuneen lian) esipuhdistamiseen sen ollessa kiinni suodatinyksikössä 130, jolloin suodattimen 132 toimintakyky säilyy.

Yksikkö 154 ohjaa venttiilin 152 sulkeutumaan jollakin ennalta määritellyllä aikaviiveellä, joka voi olla esim. 0-10 s, tai veden virtauksen saavuttaessa jonkin ennalta määritetyn parametriarvon, jolloin virtaus kanavan 140 kautta loppuu ja poistovesi virtaa vaihtimeen 110 lämmittämään käyttövettä.

Anturin 150 havaitessa ettei kanavassa 104 ole virtausta, kun suihkuhana on suljettu, yksikkö 154 saa siitä tiedon ja se avaa venttiilin 152, jolloin pumpun 120 pumppaama poistovesi alkaa taas virrata yksikön 130 ja aukinaisen venttiilin 152 kautta poistaen suodattimen 132 (sisäpinnan ja verkon silmujen) keräämän lian kanavaan 140. Osa poistovedestä voi taas mennä myös vaihtimeen 110.

Jonkin ennalta määritellyn aikaviiveen jälkeen, joka voi olla esim. 0-10 s, tai veden virtauksen saavuttaessa jonkin ennalta määritetyn parametriarvon, yksikkö 154 kytkee pumpun 120 pois päältä, jolloin suodattimen 132 jälkipuhdis-tus kanavan 140 kautta poistuvaa poistovettä hyväksikäyttäen päättyy.

Suodattimen 132 säännöllisen esi- ja/tai jälkipuhdistuksen ansiosta vaihtimen 110 hyötysuhde on n. 60 % (varsinkin levylämmönvaihtimella), käyttöikä pite-nee ja huoltoväli kasvaa, jotka kaikki pienentävät kustannuksia. Samoin suodattimen 132 tukkeutuminen ehkäistään paremmin ja huoltoväli kasvaa, jotka myös pienentävät kustannuksia.

Kuvassa 1c esitetään yksikön 100 suojakotelo 158. Vaihdin 110, pumppu 120, kanava 140, yksikkö 130, anturi 150, venttiili 152 ja yksikkö 154 - mahdollisesti myös virtalähde 156 kuvasta poiketen - ovat asennettu suojakoteloon 158, josta kuvassa 1b puuttuu kansi. Kotelo 158 käsittää liittimet (kytkennät) yksikön liittämiseksi tulevan käyttöveden kanavaan, lämmitetyn käyttöveden kanavaan, poistovesikanavaan ja jäähdytetyn poistoveden kanavaan.

Yksikkö 100 voi käsittää myös useamman kuin yhden vaihtimen 110.

Yksikkö 100 voi käsittää myös tunnistusvälineet suodattimen 132 tukkeutumisen tunnistamiseksi ja ilmoitusvälineet, esim. merkkivalo, suodattimen 132 tukkeutumisesta ja/tai vaihtotarpeen ilmoittamiseksi käyttäjälle, jolloin hän tietäisi vaihtaa suodattimen 132.

Tunnistusvälineet voivat käsittää esim. virtaus- ja/tai lämpötila-anturit esim. kanavissa 128, 134 ja/tai kanavassa 138 (venttiilissä 152), jotka seuraavat virtausta ja/tai lämpötilaa, ja kommunikoivat ohjausyksikön 154 ja/tai toisen tarkoitusta varten olevan ohjausyksikön kanssa.

Yksikön 100 yksinkertaisen rakenteen ansiosta sen valmistus ja jälkiasennus on helppoa ja edullista.

Kuvissa 2a-2e esitetään veden puhdistukseen käytettävän suodatinyksikön 230, jota voidaan käyttää esim. yksikössä 100, eri suoritusmuotoja.

Yksikkö 230 käsittää suodattimen 232 veden puhdistamiseksi, rungon 260 suodattimen 232 suojaamiseksi ja kytkentävälineet 228, 234, 262 yksikön 230 kytkemiseksi veden, esim. poistoveden, tulo- ja poistokanavaan.

Lisäksi yksikkö 230 käsittää ohitusvälineet 238, jotka mahdollistavat poistaa yksiköstä 230 ainakin osa suodattimen 232 läpi virtaavasta vedestä ja suodattimen 232 sisäpinnan puhdistamisen suodattimen 232 läpi virtaavan veden avulla sen ollessa kiinnitettynä runkoon 260. Ohitusvälineinä 268 voivat olla ohitusaukko 268 tai ohituskanava (liitin, adapteri) 268.

Lisäksi yksikkö 230 voi käsittää huolto-aukon 272, jonka kautta on mahdollista poistaa suodatin 232 rungosta 260, ja suljinvälineet 274, 276 huoltoaukon 272 sulkemiseksi. Suljinvälineinä 274, 276 voivat olla korkki 274 tai tulppa 276.

Lisäksi yksikkö 230 voi käsittää ohjausvälineet 280, 282 suodattimen ohjaamiseksi siten että suodatin 232 kiinnittyy runkoon 260. Ohjausvälineinä 280, 282 voivat olla ohjuri 280 ja/tai jousi 282.

Kuvassa 2a koneistamalla esim. teräksestä ja/tai alumiinista ja/tai muovista valmistetun yksikön 230 kytkentävälineet 234, 262 käsittävät tuloaukkotulpan 262, joka mahdollistaa suodattimen 232 kiinnittämisen runkoon 260 ja veden virtaamisen yksikköön 230, poistoaukon 234, joka mahdollistaa veden virtaamisen yksiköstä 230 pois, ja poistoaukon 234 kanssa epäkeskeisen ohi-tusaukon 238.

Kuvan 2a yksikön liittämiseen tulo-, poisto- ja ohitusaukkoihin vaatii esim. put-kiliittimiä.

Kuvissa 2b ja 2c esim. ruiskuvalamalla muovista valmistetussa yksikössä 230 - kuten myös kuvien 2d ja 2e - kytkentävälineet 228, 234 käsittävät tulokana-van (liittimen) 228, joka mahdollistaa veden virtaamisen yksikköön 230, poisto-kanavan (liittimen) 234, joka mahdollistaa veden virtaamisen pois, ja poisto-kanavan 234 kanssa epäkeskeisen ohituskanavan (liittimen) 238. Epäkeskei-syyden ansiosta yksikön 230 toiminta paranee, koska se mahdollistaa suuremman virtaaman yksikössä 230.

Kuvan 2a yksiköstä 230 poiketen kuvien 2b-2d yksiköt on yksinkertaisempi liittää tulo-, poisto- ja ohitusaukkoihin, koska niissä on valmiina liittimet 228, 234, 238.

Edellä on esitetty vain eräitä keksinnön suoritusmuotoja. Keksinnön mukaista periaatetta voidaan luonnollisesti muunnella vaatimusten määrittelemän suoja- alueen puitteissa esimerkiksi toteutuksen yksityiskohtien sekä käyttöalueiden osalta.

Claims (8)

1. Lämmön talteenottoyksikkö (100), joka käsittää lämmönvaihtimen (110) tulevan käyttöveden lämmittämiseksi poistove- dellä, pumpun (120) poistoveden pumppaamiseksi lämmönvaihtimen läpi, ohituskanavan (140) osan poistovedestä ohjaamiseksi ohi lämmönvaihtimen ja suodatinyksikön (130), jossa on suodatin (132) lämmönvaihtimelle menevän poistoveden puhdistamiseksi, joka ohituskanava on yhdistetty suodatinyksikköön siten että ainakin osa suodattimen läpi virtaavasta vedestä on mahdollista poistaa ohituskanavan aukaisuun ja sulkemiseen tarkoitetun venttiilin (152) avulla suodatinyksiköstä ohituskanavaan suodatinta puhdistettaessa, tunnettu siitä että ohituskanavaventtiili on sovitettu avautumaan kun tulevan käyttöveden virtauksen havainnointiin tarkoitettu virtausanturi (150) ei havaitse virtausta, joka aukinainen ohituskanavaventtiili mahdollistaa suodattimen esipuh-distamisen suodatinyksikön ja aukinaisen venttiilin kautta ohituskanavaan vir-taavan poistoveden avulla.

2. Edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että suodatinyksikköön on lisäksi yhdistetty tulokanava (128), joka mahdollistaa poistoveden virtaamisen suodatinyksikköön, ja poistokanava (134), joka mahdollistaa ainakin osan poistovedestä virtaamisen suodatinyksiköstä lämmönvaihtimelle, ja poisto- ja ohituskanavat ovat erillisiä kanavia.

3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että venttiili on sovitettu avautumaan kun virtausanturi ei havaitse tulevan käyttöveden virtausta ja sulkeutumaan kun virtausanturi havaitsee tulevan käyttöveden virtauksen.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että pumppu on sovitettu käynnistymään ja pumppaamaan poistovettä suodatinyksikön ja aukinaisen venttiilin kautta ohituskanavaan kun virtausanturi havaitsee tulevan käyttöveden virtauksen, ja kytkeytymään pois päältä kun virtausanturi ei havaitse tulevan käyttöveden virtausta.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että siinä on lisäksi ohjausyksikkö (154), joka on sovitettu ohjaamaan pumpun ja venttiilin toimintaa virtausanturilta tulevien havaintojen perusteella.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että pumppu on sovitettu kytkeytymään pois päältä ja venttiili on sovitettu sulkeutumaan viiveellä ohjausyksiköltä tulleen ohjauksen perusteella.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö tunnettu siitä että venttiilin ollessa auki suodattimen läpi ohituskanavaan virtaavaa poistovettä käytetään suodattimen puhdistamiseen sen ollessa kiinni suodatinyksikössä.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen yksikkö, tunnettu siitä että ainakin lämmönvaihdin, pumppu, ohituskanava, suodatinyksikkö, virtausanturi, venttiili ja ohjausyksikkö ovat asennettu suojakotelon (158) sisään, joka suojakotelo käsittää liittimet yksikön liittämiseksi tulevan käyttöveden kanavaan (102), lämmitetyn käyttöveden kanavaan (104), poistovesikanavaan (122) ja jäähdytetyn poistoveden kanavaan (106). Patentkrav