JP2007535651A - 廃水から熱を抽出するための熱交換器および設備 - Google Patents

Abstract

廃水から熱を抽出するための熱交換器システムは銅、銅の合金または銅の化合物で作られた表面領域（５，１１，２１）を含む。これら表面領域の領域は熱交換器の表面領域のわずかな部分を占めるに過ぎない。表面領域上を流れる廃水では、熱交換器の表面上の下水皮膜の形成が妨げられるかまたは停止される。表面領域は流れの方向に対して横向きに本質的に延在する銅、銅の合金または銅の化合物の帯の表面によって形成されることが好ましい。

Description

この発明は、廃水から廃熱を抽出するための熱交換器システムおよび設備に関する。

この種の熱交換器システムは、たとえばドイツの特許文献１９７ １９ ３１１から知られている。システムが経済的になる効率を実現するためには、好ましくは金属の熱交換器の表面と廃水との直接接触が重要であることが明らかになっている。しかしながら、このことは、一方でこの熱交換器の表面があまりにも急速に汚染されないように設計され、、他方でそれが公式な政府の要求に対応し、つまりそれがアクセス可能である（begehbar）ように設計され、従来の清浄ノズルを用いて清浄可能であるように設計されることを必要とする。

下水システムおよび廃水経路は当然のことながら、非常に汚染されやすい。熱交換器の表面上の汚染の層は当然のことながら熱伝達に悪影響を有する。

熱伝達に関してとりわけ妨げとなっているのはいわゆる下水皮膜（Sielhaut）である。これは、長期間にわたって不潔な水に晒された物体を覆う皮膜である。

或る金属の合金が皮膜の形成を妨げることが知られている。特に、銅の合金上の皮膜の堆積の傾向が大きく低減されることが明らかになっている。

しかしながら、下水システムまたは下水管の熱交換器のための材料としては、十分な銅の濃度を備えた銅の合金は考慮に入れることができない。これはまず、或る濃度からの廃水内の銅は下水処理場の稼動能力を妨げ、この理由のため、それは構成材料（Baumaterial）として許可されない。次に、銅は比較的急速に侵食される（摩耗）。これは熱交換器の耐用寿命に悪影響を有する。

この発明の目的は、下水管の皮膜の形成の傾向が低減される、下水システムまたは下水管を流れる廃水から廃熱を抽出するための熱交換器システムを提供することである。この発明のさらに別の目的は対応する設備を提供することである。

この目的は特許請求の範囲に記載されるようなこの発明によって達成される。
この発明によると、熱交換器システムは銅または銅を含む合金で作られた少なくとも１つの表面領域を含む。この表面領域は、熱交換器の表面領域の低い割合、たとえば５％未満または２％未満を占めることが好ましい。それは、熱交換器の表面上を流れる水が好ましくは熱交換器の表面の前または熱交換器の表面の始まりで上述の表面領域上を流れるように配置される。

この発明は、下水システムの表面上の皮膜を妨げる銅の濃度の効果が上述の表面の後の或るゾーン内でも続くという洞察に基づいている。これは測定値によって確認されている。

好ましい実施例によると、表面領域は横方向に経路を横切って延在する少なくとも１つの交換可能な帯の形で存在する。これは廃水の平均的な性質によって異なるが、熱交換器
の表面領域全体の長さが或る値を超える場合、２つ以上の帯が存在することが可能である。たとえば、１〜５ｍ毎にたとえば０．５〜５ｃｍの幅を備えた銅の帯が配置されることが可能である。

銅の効果は、おそらく効果の少ない複合物の形成の開始のため、表面領域から或る距離で減少することも明らかになっている。廃水の中に残るせいぜい少量の銅の含有量は下水処理場にとって無害である。それは銅の軒樋（Dachrinnen）等の結果である銅の含有量よりも少ない。それは公式な規制による最大の銅の含有量よりもはるかに少ない。銅の表面は屋根の最大の銅の領域よりもはるかに小さい。スイスでは、たとえば５０ｍ²の銅の表面領域を超えるとき、浸透設備を設けなければならない。

帯の代わりに、表面領域は他の種類の形状を含んでもよい。たとえば、それらは二次元であってもよく、および／または局所的に予想されるそれらの上を流れる廃水の量に適合された幅を有してもよい。それらは、廃水の量が少ない場合に存在する水の軌跡の少なくとも大部分が表面領域を横切って導くように配置されることが好ましい。流れが層状であると仮定される場合、このことは近似で外形線上の流れの方向に沿った投影での表面領域が少なくとも外形線の下方区域の半分になることを意味する。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。これらの図面は以下のとおりである。

図１で非常に概略的に示される下水管を通って矢印２の方向で廃水が流れる。下水管は大抵コンクリートで作られる。しかしながら、１つのゾーンでは、少なくとも１つの熱交換器素子３を備えた熱交換器システムが設置され、ここではコンクリートの表面は通常は金属の熱交換器の表面４によって取って代わられるかまたは他のものがそれによって覆われる。熱交換器の表面の下には液体の熱交換器の媒体が流れ、これは熱交換器とヒートポンプとの間を循環する。

熱交換器システムの設計にはさまざまなやり方がある。たとえば、下水管のセグメントは熱交換器の下水管のセグメントによってセクションで置換することができる。熱交換器は、下水管のセグメント等に配置された乾燥した経路の台（Trockenwetterrinne）に設置されることも可能である。熱交換器に熱交換器の媒体を供給するための供給管が下水管の内側または外側に設けられてもよい。多くの場合、熱交換器システムは互いに隣接するかまたは互いから或る距離にある熱交換器素子の列を含む。或る設計に関する情報はドイツの特許文献１９７ １９ ３１１に見られ、廃水から熱を抽出するための設備の実現に関してその内容を簡単に参照する。この発明は下水管または経路を流れる廃水のための熱交換器のあらゆる設計に関する。

この発明による手段は、そのような熱交換器システムのあらゆる形、またはこれから開発されるべき熱交換器システムで利用可能である。

図１による熱交換器システムには銅の帯５が備えられ、これは熱交換器の表面の上流に取付けられ、流れの方向に対して横方向に下水管の下半分にわたって延在する。銅の帯は２ｃｍの幅ｂを有し、０．５ｍｍから５ｍｍの間の厚みを有する。それは熱交換器素子内の特別に設けられた溝に設置してもよく、熱交換器素子上に、または熱交換器素子に隣接して、または２つの熱交換器システムの間にそれぞれ設置してもよい。

図２にはいくつかの熱交換器素子３ａ、３ｂを備えた下水管が示される。第１の熱交換器素子の上方でかつ熱交換器素子の間の流れの方向にＣｕの帯５が設置される。Ｃｕの帯
は、たとえば熱交換器素子の間の隙間空間を満たすモルタルの中に装填される。この実施例のＣｕの帯の長さは、それが下水管の下半分全体にわたって延在しないように選択される。それは、平均的な廃水の流れの場合に水位に対応する水位線６までのみ延在する。せいぜいこの水位線の上方にある熱交換器の表面の部分的な表面領域では、下水管の皮膜の堆積の傾向が低減される。なぜなら、この部分的な表面領域は乾き続けるからである。図示の実施例では、２つの熱交換器素子の間の空間ごとにＣｕの帯が設置される。言うまでもなく、Ｃｕの帯は第２、第３等の熱交換器素子ごとの間にのみ設けてもよく、またはＣｕの帯は熱交換器素子上およびその間の両方に設けてもよく、熱交換器素子上にのみ設けてもよい。Ｃｕの必要な表面領域の決定のために、廃水の水質分析および／またはｐＨ値を使用してもよい。

熱交換器素子間の距離は、廃水の平均的な性質（Abwasserbeschaffenheit）に応じて選択してもよい。必要な機能に必要とされる距離はさまざまな要因、特に廃水内のＮｉ、Ｃｒ、ＺｎおよびＣｄなどの金属の濃度によって異なることがわかっている。典型的には、２つのＣｕの帯間の最適な距離ｄは１ｍから１０ｍの間であり、特に１ｍから５ｍの間である。熱交換器システム全体が必要とされる距離より長くない場合、単一のＣｕの帯で十分である。

Ｃｕの帯はそれらが容易に取除くかまたは取換えることができるように設置されることが好ましい。これは、それらの耐用寿命が熱交換器システムの耐用寿命よりもはるかに短く、したがって、それらがたとえば３年から５年ごとに取換えなければならないと考えなくてはならないためである。

貴金属（たとえば、Ｃｕ）と非貴金属（たとえば、クロム鋼のＣｒ）との間の境界面の場合、両方の金属が水（電位列）に接触しているとき、非貴金属がより急速に腐食することがあり得る。このため、Ｃｕの帯または異なる形状を備えたＣｕの要素およびたとえばクロム鋼の薄板から製造された熱交換器は接触しないようにしてもよい。これは、熱交換器素子とＣｕの帯との間にシリコーン塗装を設けることによって実現することができる。またはこれに代えて、たとえば、帯は隣接する熱交換器素子間の距離より幅を狭くすることも可能であり、帯が熱交換器素子と接触せず、モルタルとのみ接触するように設置することも可能である。他の手段も考えられ得る。

実用的な理由から特に好ましくはあるが、ＣｕまたはＣｕの合金で作られた表面領域が帯の形で存在する場合、このことは必要ではない。図３では上方からの概略図で実施例が示され、表面領域１１は多かれ少なかれ任意に選択された形状を含む。大部分が層状の廃水の流れの場合、ＣｕまたはＣｕの合金で作られた表面領域は流れの軌跡１２の大部分がＣｕを導くように選択される。このことは、流れの方向に沿ったまたは流れの方向に対する外形線１３への投影の場合、表面領域が外形線の下方セクションの半分を占めるという近似条件につながる。図面では、概略的な投影領域が太線で示される。

乱流の場合、この条件は適用できない。なぜなら、その場合、廃水は乱流の動き（Verwirbelung）の結果として完全に混ぜられるからである。図４による実施例は、ＣｕまたはＣｕの合金で作られた表面領域２１、およびそれに続く乱流の動きを生成するための難所（Schikane）を含む。難所２２に続く流れの方向で、熱交換器素子が設置される。乱流の動きに基づいて、難所に続いて廃水の大部分は或るＣｕの濃度を含み、これは下水皮膜の形成を抑制することができる。

この発明によるそのゾーンが熱交換器の表面領域として設計され、かつ表面領域として銅の帯が設けられる下水管の下半分の概略図である。 銅の帯が異なる長さを有する図１のものと類似の図である。 熱交換器素子のセクションの上方からの概略図である。 さらに別の熱交換器素子の断面の上方からの概略図である。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの熱交換器素子を備えた廃水から熱を抽出するための熱交換器システムであって、少なくとも１つの表面領域（５，１１，２１）は銅、銅の合金または銅の化合物で作られ、前記少なくとも１つの表面領域の領域全体は前記熱交換器システムの熱交換器の表面領域全体よりも小さいことを特徴とする、熱交換器システム。
2. 表面領域の領域全体は熱交換器の表面領域の５％より小さく、好ましくは熱交換器の表面領域の２％より小さいことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器システム。
3. 銅、銅の合金または銅の化合物で作られた前記表面領域または前記表面領域の少なくとも１つは流れの方向で第１の熱交換器素子の熱交換器の表面の前に配置されるか、または第１の熱交換器素子の熱交換器の表面の始まりに配置されることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器システム。
4. 前記第１の熱交換器素子の始まりの表面領域には、銅、銅の合金または銅の化合物で作られたさらに別の表面領域が規則的な距離で続くことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器システム。
5. 表面領域は平均的な流量の場合、それらの上に廃水の大部分が流れるように配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の熱交換器システム。
6. 表面領域（５）は、流れの方向に横向きに配置される銅、銅の合金または銅の化合物の帯の表面によって形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器システム。
7. 前記帯は熱交換器素子に隣接して、または熱交換器素子の間に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器システム。
8. 前記帯は熱交換器素子上または熱交換器素子の溝に設置されることを特徴とする、請求項６に記載の熱交換器システム。
9. ヒートポンプ、熱交換器の液体の媒体のための循環システムおよび請求項１から８のいずれかに記載の熱交換器システムを含む、廃水から熱を抽出するための設備。

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