JP2013525730A - ダクトを流れる廃水から熱を取り出すためのシステム、及び該システムのための熱交換器 - Google Patents

Abstract

【解決手段】特に下水の本管である廃水ダクト（２）において熱を取り出すために、前記ダクトの内壁のうちの廃水よりも上方に位置する領域に、ダクト内の大気に曝された少なくとも１つの熱交換管（３、３ｂ）を備えており、顕熱及び廃水由来の水蒸気の凝縮からの潜熱の一部を回収するために、前記管（３、３ｂ）を通って熱伝達流体が移動する設備であって、廃水（１）の表面上を通過する空気の移動を生じさせて廃水の蒸発速度を高めるための強制対流装置（９）を備えることを特徴とする設備。
【選択図】図７

Description

本発明は、特に下水の本管であるダクトを流れる廃水から熱を取り出すための設備に関する。

廃水を排出するための下水の本管又はダクトは、生ぬるい又は暖かな汚水を運ぶ。生ぬるい又は暖かい汚水である理由は、汚水が住居地又は第３次産業施設に由来するため、あるいは、集団活動又は工業活動施設：屠畜場、スポーツ及びレジャーの基盤施設、スイミングプール、ジム等に由来するためである。

これらの汚水の顕著な熱は、建物を加熱するため、家庭で使用する高い温度の水を供給するため、又は熱ポンプと組み合わせた他のあらゆる熱利用のための、エネルギー源を表している。

特許文献１には、廃水から熱を取り出す方法を実施するために使用される熱交換器が開示されている。該熱交換器の要素は、ダクトの底にぴったりと沿って延びる金属板の形態であるか、熱伝達流体の流入及び流出のためのパイプに接続されたＵ形状の金属片である。該熱交換器は、本質的には金属部品で構成されており、特にステンレス鋼で構成されている。該熱交換器は製造して使用するには比較的コストがかかる。接触したこれらの熱交換器は、ダクト内を流れる廃水の流れに対して平行に配置された表面を有する。廃水が通るルート上に障害はなく、熱交換器の表面が詰まるリスクは低くなっている。しかしながら、残積堆積物は区域間において局在的に生じるおそれがある。

ダクト内を流れる廃水と熱交換するこの方法は、接触の表面積が比較的小さく、また、廃水の温度が比較的低いため、比較的大きな広げられた接触の長さを必要とする。

前記熱交換器は、ダクト内に取り付けた１つの装備品である。これらのダクトは大きな寸法であるが、設置された装置は複雑である。その理由は、水圧式接続が完全に防水されている必要があり、及び熱交換器の部品の形状が、ダクトの内部の外形に適合している必要があるためである。

特許文献２は、汚水ダクトにおいて、一部が該ダクト内を流れる廃水の上に位置する熱交換器を備えた設備を提案している。

DE 197 19311 C5 DE 36 07207

本発明に係る熱を取り出すための設備を含む廃水のダクトの縦断面図である。 本発明に係る設備のための熱交換管の異なる態様についての縮小した断面図である。 本発明に係る設備のための熱交換管の異なる態様についての縮小した断面図である。 本発明に係る設備のための熱交換管の異なる態様についての縮小した断面図である。 前記管の集団及び開いた状態のラック形の支持体の縮小した略図である。 閉じた状態のラックに保持された前記管の集団の図５に類似した断面略図である。 強制対流装置を備えた熱を取り出すための本発明に係る設備を含む廃水のダクトの図１に類似した縦断面図である。 図７の線VIII―VIIIに沿った長手方向の縮小した縦断面図である。 強制対流装置のための吹込ノズルの側面図である。 図９に関して左からの図である。 強制対流装置のための吹込スロットの側面図である。 図１１に関して左からの図である 強制対流装置のための吹込オリフィスの側面図である。 図１３に関して左からの図である。

本発明の目的は、特に下水の本管であるダクトを流れる廃水から熱を効率的に取り出すことを可能にする、簡単で経済的に設置することができる設備を提供することである。該設備の管理は簡単であることが望ましい。

本発明は、特に下水の本管である廃水ダクトにおいて熱を取り出すために、前記ダクトの内壁のうちの廃水よりも上方に位置する領域に、ダクト内の大気に曝された少なくとも１つの熱交換管を備えており、顕熱及び廃水由来の水蒸気の凝縮からの潜熱の一部を回収するために、前記管を通って熱伝達流体が移動する設備であって、廃水の表面上を通過する空気の移動を生じさせて廃水の蒸発速度を高めるための強制対流装置を備えることを特徴とする設備である。

いくつかの前記熱交換管が通常設けられる。前記熱交換管にフィンが備えられていることが好ましい。

前記強制対流装置は、通常、前記ダクトの上部に、前記熱交換管と平行に配置される。前記強制対流装置は、少なくとも１つのパイプで構成され、該少なくとも１つのパイプに、前記廃水ダクトの外部に位置する該パイプの一端に設置されたファンによって再利用の湿潤空気又は外部の空気が供給されることが好ましい。

前記強制対流装置の前記パイプは、前記ダクトを流れる廃水に向って噴流を生成するためのノズル又はスロット又はオリフィスを備えることができる。

前記強制対流装置は、温度及び湿度の条件が好都合であるときに限って前記ファンを始動させるために、前記ダクト内に配置された温度プローブ及び湿度計に従属することができる。

さらに、上記設備は、廃水に浸された熱交換器を前記ダクトの底部に備えることができる。前記熱交換器は、硬化可能かつ充分に熱伝導性である材料を管の周囲に注いで該管をコーティングすることによって形成され、該管が、熱伝達流体を循環させるように設計されており、前記ダクトの廃水との熱交換が、取り付けられた機械的な部品を除き、前記形成されたコーティングを介して行われ、前記注がれた材料の上面が、前記ダクトを流れる廃水に直接接触することが好ましい。

前記交換器は、前記管を埋め込むためにコーティング材料をその場で注ぐことによって前記ダクトの内側に直接製造され、前記材料は、前記ダクトの底部の外形にぴったりと沿うようにすることができる。

上記の構成以外に、本発明は、添付図面を参照しつつ詳細に後述される他の構成からなるが、本発明はそれらに限定されるものではない。

図１は、本発明に係る熱を取り出すための設備を含む廃水のダクトの縦断面図である。

図２、３及び４は、本発明に係る設備のための熱交換管の異なる態様についての縮小した断面図である。

図５は、前記管の集団及び開いた状態のラック形の支持体の縮小した略図である。

図６は、閉じた状態のラックに保持された前記管の集団の図５に類似した断面略図である。

図７は、強制対流装置を備えた熱を取り出すための本発明に係る設備を含む廃水のダクトの図１に類似した縦断面図である。

図８は、図７の線VIII―VIIIに沿った長手方向の縮小した縦断面図である。

図９は、強制対流装置のための吹込ノズルの側面図である。

図１０は、図９に関して左からの図である。

図１１は、強制対流装置のための吹込スロットの側面図である。

図１２は、図１１に関して左からの図である。

図１３は、強制対流装置のための吹込オリフィスの側面図である。

図１４は、図１３に関して左からの図である。

図面の図１を参照すると、特に下水の本管を流れる廃水１から熱を取り出すための設備Ａが設置されていることがわかる。この設備は、液体の廃水１が流れる領域の外であって、ダクト２の内部で上部に集団で配置された熱交換管３を備えている。管３は、廃水の上方に位置する該ダクトの内部壁の領域に取り付けられており、ダクト２内の大気に曝されている。熱伝達流体は廃水に由来する顕熱及び水蒸気の凝縮からの潜熱の一部を回収するために、前記管３を通って移動する。

管３は、前記ダクトの長手方向に平行に配置され、平行又は直列に接続されて、熱ポンプを通常含む流体回路を形成する。

管３は、外面上は滑らかとし、あるいは、交換表面積を増加させるために、適したフィンを含めることができる。該フィンは、らせん状、長手方向、横断方向（特には該管の軸に直交する面に対して）、又は輪状に設けることができる。図１及び２において、管３は円形の断面を有し、円形の輪の形態をもつフィン４を含む。図３においては、楕円のフィン４ａを有し、円形の断面をもつ。図４においては、管３ｂは楕円のフィン４ｂを有し、楕円の断面をもつ。

管３は、図５に示されているように２つの半殻５ａ、５ｂを備え、等しい空間の半球のハウジングを含むスペーサーラック５に前もって取り付けることができる。２つの半殻５ａ、５ｂは、特に図６に示すように、スナップフィットにより組み立てることができ、管３間の空間を維持することができる。

管３は、金属又は合成又はプラスチック材料で形成することができ、該管は剛性、半剛性又は可撓性とすることができる。コネクタを要せずに単一体で、かなりの長さ、特に数十メートルの長さを設置できるように、該管はリールへの巻き取りに適したものであることが好ましい。

管３は、カラー又はクイック固定クリップによりダクト２の内壁に取り付けることができる。各集団の管は、各集団間の自由な拡張を確実にすることに役立つ圧縮スリーブ又は他のラピッドコネクタにより直列又は平行に接続することができる。

管３の断面は、製造方法及び使用する材料に応じて、丸い形、平らな形、又は卵形にすることができる。

ダクト２の大気又は空中の水蒸気の強度の凝縮のために、管３の交換表面の凝縮水は管１内に直接滴り落ち、矢印６に示すように廃水内に戻る。

この凝縮水を集め、それが廃水のリターン領域に行くようにするために、管３の下に位置するチャネル７を設けることが好ましい。

廃水の外部に位置する管３に加えて、廃水中に浸されるようにするため、ダクト２の底部に位置する熱交換器Ｅを設けることが可能である。この熱交換器Ｅには、廃水１から熱を取り出すため、熱伝達流体が流れる管８を含まれる。熱交換器Ｅは、固化に適した相対的に熱伝達性の材料Ｂ、例えば、熱伝導率を向上させる添加剤を付加したセメント、又は合成樹脂を管８の周囲に注ぎ込み、ダクト２の底部にその場で作製される。

図７及び８には、廃水１からの水の蒸発を促進するための強制対流装置９を含む本発明に係る設備Ａが示されている。装置９は少なくとも１つのパイプ１０を含み、各パイプは螺旋状の又は溶接された管からなり、特にプラスチック、アルミニウム、又は亜鉛めっきの鋼鉄で作製される。

装置９は、ダクト２の外に設置されたファン１１も含む（図８）。外側から内側に向かって、ダクト２の壁と通る接続ノズル１１ａにより、ファン１１からの排出は、パイプ１０の入口端に接続している。ファン１１の吸引は、前記壁をも通過するが、ノズル１１ｂを介してダクト２の内部に接続している。

異なる態様として、ファン１１はダクト２の外で空気を直接吸引することができる。

こうしてパイプ１０には、ダクト２の大気に由来するリサイクルされた湿気のある空気又は外部の空気が供給される。

強制対流装置９には、ノズル１２（図９、１０）又はスロット１３（図１１、１２）又はオリフィス１４（図１３、１４）が含まれ、前記ダクトを流れる廃水１に配向した空気噴流を生じさせる。ダクト２の上部にパイプ１０が配置され、空気噴流は矢印１５で示すように下方に向けられている。このようにしてダクト２に発生する空気の流動は、廃水の表面を矢印１６で示すようにさっと通り過ぎて、廃水の蒸発速度を増大させることを確実にする。

ノズル１２又はスロット１３又はオリフィス１４によって発生される空気噴流は、廃水の方向に広がる円錐形を有している。

空気搬送パイプ１０の断面を制限するため、また、該パイプ全体に沿って流量のバランスを確保するために、前記パイプの空気圧は５００ｄａＰＡより高くすることが好ましい。

前記強制対流装置９は、好ましくは、前記ダクト内に配置された温度プローブ１７及び湿度計１８に従属させる。とりわけ、プローブ１７の出口及び湿度計１８はファン１１のためのコントロールボックス１９に接続することにより、ファン１１のスイッチを入れて機械的換気の開始がダクト２の温度及び湿度の状態が好ましい場合にだけ起こるようにする。

パイプ１０の長さが大きい場合には、該パイプを部分に分けることができ（例えば、約５０ｍの長さ）、いくつかのファンを設置することができる（特に５０ｍの各部分に対して１つのファン１１とする。）。

廃水の上方に、ダクト２内に適した熱交換管３を備えた本発明に係る設備Ａは、多数の有利な点を有する。

それはダクトの全ての外形、卵形、曲線形、および矩形に合わせている。設備に使用される管３は、あまり値段が高くない通常の管である。該設備は、特別な皿型の機械的部品の製造を必要とはしない。構成部品は低量であるためハンドリング手段を必要とすることなくダクト２に挿入することができる。

数十メートルのかなりの長さにわたる管３により形成された交換器の連続性は、水圧的接続を必要とすることなく、漏れのリスクを減少させる。前記ダクト内の空間の必要性は低く、廃水路に形成される障害は存在しない。

前記設備の据付は比較的簡単で迅速にできる。現場での修理には、ほとんどハンドリング手段及び工具類を必要とせず、すぐに実施することができる。

前記管の集団は標準的な圧縮シールで接続することができる。偶発的な故障の場合は、スリーブとブレストプレートにより、迅速な修理を行うことができる。

前記設備を形成する管３は低い熱慣性を有し、廃水の外に配置されるため、廃水を原因とする摩耗のリスクがない。

本発明は、特に都市の下水システム及び、廃水又は暖かい廃水を排出するあらゆる住居、第３次産業施設、又は工業施設：スイミングプール、学校、大学、行政機関、食品、化学又は石油化学工業において、負荷された及び／又は腐食性、研磨性の流体からの熱の回収に適用することができる。

Claims (9)

1. 特に下水の本管である廃水ダクト（２）において熱を取り出すために、前記ダクトの内壁のうちの廃水よりも上方に位置する領域に、ダクト内の大気に曝された少なくとも１つの熱交換管（３、３ｂ）を備えており、顕熱及び廃水由来の水蒸気の凝縮からの潜熱の一部を回収するために、前記管（３、３ｂ）を通って熱伝達流体が移動する設備であって、
   廃水（１）の表面上を通過する空気の移動を生じさせて廃水の蒸発速度を高めるための強制対流装置（９）を備えることを特徴とする設備。
2. 前記熱交換管（３、３ｂ）にフィン（４、４ａ、４ｂ）が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 前記強制対流装置（９）が、前記ダクト（２）の上部に、前記熱交換管（３）と平行に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の設備。
4. 前記強制対流装置（９）が、少なくとも１つのパイプ（１０）で構成され、該少なくとも１つのパイプ（１０）に、前記廃水ダクト（２）の外部に位置する該パイプの一端に設置されたファン（１１）によって再利用の湿潤空気又は外部の空気が供給されることを特徴とする請求項３に記載の設備。
5. 前記強制対流装置の前記パイプ（１０）が、前記ダクトを流れる廃水（１）に向って噴流を生成するためのノズル（１２）又はスロット（１３）又はオリフィス（１４）を備えていることを特徴とする請求項４に記載の設備。
6. 前記強制対流装置（９）が、温度及び湿度の条件が好都合であるときに限って前記ファン（１１）を始動させるために、前記ダクト（２）内に配置された温度プローブ（１７）及び湿度計（１８）に従属していることを特徴とする請求項４又は５に記載の設備。
7. 廃水（１）に浸された熱交換器（Ｅ）を前記ダクト（２）の底部に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の設備。
8. 前記熱交換器（Ｅ）が、硬化可能かつ充分に熱伝導性である材料（Ｂ）を管（８）の周囲に注いで該管をコーティングすることによって形成され、該管が、熱伝達流体を循環させるように設計されており、前記ダクトの廃水との熱交換が、取り付けられた機械的な部品を除き、前記形成されたコーティングを介して行われ、前記注がれた材料の上面が、前記ダクトを流れる廃水に直接接触することを特徴とする請求項７に記載の設備。
9. 前記交換器（Ｅ）が、前記管を埋め込むためにコーティング材料（Ｂ）をその場で注ぐことによって前記ダクト（２）の内側に直接製造され、前記材料が、前記ダクトの底部の外形にぴったりと沿うことを特徴とする請求項７又は８に記載の設備。
   
   
   
   

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