JPH06511078A - 排水から熱を回収する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 排水から熱を回収する装置 本発明は、特に家庭、公共建造物、工場等に由来する、有利には不連続に生じる 排水から熱を回収する装置であって、少なくとも１つの温水貯蔵器ないしはボイ ラーの循環路内に配置された、向流で作業し、かつ排水が貫流する少なくとも１ つの熱交換器を有する形式のものに関する。

この種の排水から熱を回収する装置は周知である。

本発明の目的は、前記のような装置を更に改良して、これらの化学的かつ機械的 に純粋なないしは僅かに汚染された形あるいはまた重度に汚染された形の全ての 通常の家庭排水、例えばセッケン、脂質、髪、洗剤、化学清浄剤、食料残渣等が 排水内に含有されていても、処理することができるようにすることであった。

更に、この種の装置は、完全自動で作動し、できるだけ保守を必要とせず、構造 的に簡単な取り付けを目的とした装置として提供されるべきであるり、かつでき るだけ高い効率を有するべきである。

前記の目的は、本発明により、冒頭に記載した形式の装置において、排水を導く 排水管内に排水の出現に応答するセンサが設けられており、該センサが少な（と も１つのポンプ又は複数のポンプを制御する制御装置に接続されており、該制御 装置によって、排水の出現を表示するセンサの信号で投入可能なポンプが排水管 内で確認された排水を吸引せしめかつ熱交換器を通して搬送ないしは圧送せしめ ることにより解決される有利な１実施態様によれば、熱交換器に流入しかつそこ から流出する排水及び貯蔵水の温度を確認する温度センサが特に熱交換器の相応 する出口の直ぐ近くに設けられており、該温度センサは制御装置に接続されてお り、該制御装置でポンプ及び／又は貯蔵水の循環導管内に位置するポンプの送出 量ないしは搬送速度が、排水の入り口及び貯蔵水の出口及び／又は貯蔵水の入り 口及び排水の出口で測定されたないしは計算された温度差に依存して制御可能で ある。

もう１つの有利な実施態様は、従来の排水導管に設置可能な管片ないしは結合ユ ニットが設けられており、前記管片ないしは結合ユニットに排水センサが配置さ れており、かつ前記管片ないしは結合ユニットにポンプ及び排水流出導管の下流 で熱交換器の吸引導管が開口していることを特徴とする。

水が出現すると応答するセンサで、装置のポンプは常に、排水が識別されると投 入され、排水の出現の終了後に、ポンプは遮断される。熱い排水の制御された供 給及び加熱すべき貯蔵水の熱交換器への制御された供給により、最適な熱伝達が 可能になるので、排水の熱含量を最適に利用することができる。最後に、本発明 による装置は、ボイラーと排水導管に結合すべき排水管との間に投入されるコン パクトなユニットとして供給することができる。

有利な実施態様は、以下の実施例、図面及び請求の範囲から明である。

図面には、本発明による装置の略示構成図が示されている。

本発明による装置は、３つの主要構成部分、即ちボイラー１７．１８で略示され たメイン装置、結合ユニット１０に分けられる。

ボイラー１７は冷水供給導管１９並びに消費者に通じる導管２０を包含する。ボ イラーの上方部分に、２１で任意の加熱装置、例えば電気加熱棒が示されている 。消費者に通じる導管２０への供給は、温水を導（導管２２と、排水によって加 熱された水を導く導管２３とが通じる電動混合機を介して行われる。導管２０内 の温度は、温度センサ５によって測定され、制御装置ないしは制御コンピュータ ８によって評価される。

いずれにせよ、電動混合機７は制御装置８によって制御される。

もう１つの重要な装置は、任意の排出管ないしは排出導管にセット可能であり、 かつ既存の図示されていない排出導管に適合された横断面形状を有する結合ユニ ット１０である。メイン装置１８は、主要構成ユニットとして制御ユニット８、 サイクロン２、ポンプ１、熱交換器３、別のポンプ４及び必要とあらば逆止弁９ からなる。

結合ユニット１０は下向きの凹所もしくは切欠き２６を有し、該切欠き内に、ポ ンプ１に通じた吸引管１１が開口する。該切欠き２６は上に向かってフィルタも しくはフィルタシーブにより密閉されているので、結合ユニット１０内に流入す る排水はフィルタ１５を貫流し、その後導管１１の吸込み口に到達し、それによ り予め濾過される。もちろん、結合ユニ・ット１０に含まれる導管、センサ及び 構造部分は排水導管内に形成ないしは配置されていてもよい。

ポンプ１から吸引された熱排水はサイクロン２に搬送され、そこにフロート１２ が配置されており、該フロートはその上側のロッド２７を支持し、該口・ソドで 排気導管のための排気弁１６を調節することができる。その都度の導管１１で排 水と一緒に吸引された空気の量に基づき、サイクロン２内の水面１８は上下する 。水面１８が上昇すると、排気弁１３が閉じられ、弁１３を解放すると、空気は 導管１６を介して結合ユニット１０、詳細には、吸引導管１１の上流側にある位 置に逆送され、強度に熱せられた空気により流入する排水を一定温度に維持し、 空気内に含有された熱は浪費されない。フロート１２及び排気弁１３で、サイク ロン２内の排水の圧力は制御され、該排水は導管２９を介して相応する熱交換器 の供給接続部３０に導入されかつ熱交換器３を３１で導管１４を介して流出する 。導管１４はフィルタの下流で結合ユニットに開口し、必要であれば、逆流を阻 止するために、逆流する冷却された排水をできるだけ吸引導管１１から遠ざけて 結合ユニットに導入するために、管３２が設けられていてもよい。

更に、熱交換器には、供給口３２でボイラー１７の下方部分から取り出された冷 水又は導管１９からの冷水と一緒にポンプ４を介して装入される。この熱交換器 を貫流する水は、熱交換器を流出口３３から流出しかつ導管２５及び逆止弁９を 介してボイラー１７の上方部分に達し、その際ボイラー１７内で水の温度に相当 して水の層が形成される。

ボイラー１７から導管２０を介する熱せられた水の取り出しに相当して、冷水導 管１９を経て、熱交換器３ないしはボイラー１７、詳細にはその下方部分に流入 する。

制御装ｒａ８は、水センサ６、温度センサ５及びポンプ１及び４に接続されてい る。吸引導管１１の下流側の温度センサは、生じる排水の検出に役立ち、かつ制 御装置８はこの検出器の相応する信号でポンプ１を生じる排水の吸引にために作 動させる。同時に、排水の温度は相応する温度センサで測定される。

吸引導管１１の下流に、水センサ６′があり、該水センサで、排水がポンプ１の 作動時にフィルタ上を流れ去ったかどうかが確認される。そのような場合には、 フィルタ１５が閉塞したことが立証される。このような場合には、制御装置８は ポンプ１の送り方向を逆転させ、かつ導管１１を経て既に吸引された水を拡張部 ２６に圧入しかつフィルタ１５をその濾過方向とは逆方向に貫流洗浄し、導管１ １により吸引するために隆起部２６への排水に対する自由路を形成する。貫流洗 浄は、貫流洗浄された汚物を排出ことかできるように、数時間維持するか、又は 貫流洗浄後に、直ちに再び生じた排水は吸引せず、洗い出された汚物を排出する ために使用する。

更に、制御装置は熱交換器３の入り口３０及び３２並びにその出口３１及び３３ の温度を監視する。適当な計算ユニットを用いて、制御装置は、熱交換器３の温 度値の差異、詳細には排水の入り口３０と温水の出口３３の差異及び／又は排水 の出口３１とボイラー１７及び冷水導管１９からの冷水の入り口３２との差異を 形成する。

相当する入り口と出口の温度差ΔＴは、ボイラー１７及び冷水導管１９から供給 された冷水への温水からの熱伝達の１つの尺度である。有利には、この温度差は 固定された温度差でできるかぎり同じに維持される。そのために、熱交換器３を 貫流する温水量と冷水量が互いに容量に基づき同一であるように設計されている 。この同一容量は、排水及び冷水のための区分内の熱交換器を循環する、単位時 間当たりの水量を適合させるために、排水及び／又は冷水の制御することにより 、ポンプ１及び／又は４の制御により調整することができる。

実際に、温度差ΔＴの測定は２つの差動調節器、例えばＰＩＤキャラクタで行い 、その電圧値を制御装置８によって処理する。

結合ユニット１０は複数の機能を有する。該結合ユニットは、排水管路網に生じ る排水を取り出すため、並びにそらを熱交換処理後に戻すために働く。更に、こ の接続管片１０を介して一緒に吸引された空気が導出される。

排水の発生及び温度を検出するために、磁気誘導センサを設けることもできる。

全結合ユニット１０の測定は、既存の排水管に簡単に組み込めるように設計され ているので、例えば排水面下の最大組み込み深さは排水面下約２ｃｍである。

結合ユニットにおいては、排水取り出し、メイン装置への吸引接続、及び熱交換 処理後の排水返還並びに空気返還のために接続部が生じる。

メイン装置１８は、組み込みユニットとして構成されていてもよいので、例えば 既存の作業板の下のキッチン列への、問題の無い組み込みないしは改造を行うこ とができる。ケーシング寸法は６０ｘ６０ｃｍの家庭用機器のための一般的規格 に相当し、かつ問題無く達成される。更に、メイン装置１８は、汚された排水か ら最大の熱エネルギを取り出しかつそれで冷たい清水を加熱するために必要であ るプロセスマネージメントを可能にする。

設置された装置構成分は、メイン装置内に消音構造で組み込まれている。接続部 は結合ユニットに対して相容性である。

メイン装置１８内に設けられたポンプ１及び４は、強制搬送性であってよく、か つ有利には、相応する調節特性を保証するために、無段階調節可能であってよい 。

有利には、貯水器又はボイラー１７内には、その容積の上１／３の熱層を利用し てメイン装置１８により充填され、ボイラー１７の上１／３で有利には後加熱装 置２１での後加熱が行われる。

装置の全効率を最適にするために、電子制御される３路混合機７は取り出し温度 を目標値に調節する。この手段により、任意の量の温水が導管２０を介して排出 されると同じ量の冷たい清水のボイラー１７への下からの補充流が生じる。その ことに基づき熱回収の際に再び全排出量の清水の温度レベルへの冷却及び相応す る熱回収を可能にする。

排水が結合ユニット１２に達すると、排水の出現が磁気誘導センサ６により確認 されかつ温度がセンサ５で測定される。この測定値からメイン装置１８内の制御 装置８がスタートアーグメントを形成する。スタートの場合には、ポンプ１によ って全量の排水がバック洗浄可能なフルターシーブ１５を通して吸引される。

この過程で強制的に排水系から一緒に引き込まれた空気は多（の理由から有害で ある。というのも、本発明による装置に停止状態では、該空気は乾燥した汚物に よる皮殻を形成することがあるからである。更に、水は、下水網から吸引する際 に、特に空気が存在すると洗剤と共に激しく泡立つ。水／空気混合物（泡）は、 水だけとは完全に異なった熱容量を有する、それにより熱交換器３内で排水と清 水の流速な均一性を達成するための熱交換器３及び清水ポンプ４の流量を制御す ることが困難になる。

水と空気の分離を有効に、迅速に、かつ停止状態で冷却されかつそれにより装置 の効率を低下させる大きな残留水容量を伴わずに実施することができるために、 適当な寸法の比較的小さいサイクロン分離器２を設けた。フロート制御される排 気弁もしくは旋回弁１３により、熱交換器３でポンプ１の搬送容量（空気及び水 ）ないしはサイクロン２内の水位に相当する圧力に生じ、この圧力は排水を熱交 換器３の排水部分を貫流させる。水位が上昇すると、これは熱交換器３の貫流速 度が遅すぎることを示すので、上昇するフロート１２でサイクロン２の排気口を 弁１３で閉鎖するように、サイクロン２内の圧力を上昇させるべきある。該水位 は制御装置８によって測定し、相応して空気出口を変化させることができる。

熱交換器３は、その構造から、熱交換器内に意図的に部分的乱流が生ぜしめられ 、この乱流が、たとえ排水中に脂肪溶剤が存在しなくとも、排水内に存在する油 脂及び同種のものが冷却過程で付着するのを絶対的に阻止するように構成されて いる。

冷却された排水及び排気に由来する空気は、結合ユニット１０、ひいては下水網 に戻される。単位時間当たりの排水量が少ない場合（−緒に取り込まれる空気が 多い）場合効率損失を甘受する必要がないように、空気と水は分離して導かれる 。それというのも、排気に由来する空気は、冷却された排水と一緒に戻す場合失 われる熱を含有しているからである。

異なった速度で汚れるフィルタシーブの透過性を保つために、フィルタシーブ１ ５の洗浄手段が設けられている。浴水はフィルタシーブを殆ど汚さないが、洗濯 機排水はそれに含有される糸屑に基づき比較的急速に閉塞する。フィルターシー ブが排水を通さなくなると直ちに、オーバフローが生じる。このことはまた結合 ユニット１０内のフィルタシーブ１５の直後（流動方向で見て）に出現する水を 生じる。この位置に配置された別の水検出器６′が相応する信号を制御装置に送 る、該制御装置はまた短時間ポンプ１の送出方向を逆転させ、それによりフィル タシーブ１５の著しく有効なバック洗浄が行われ、この場合バック洗浄水は結合 ユニット１０をへて導出されかつ下水網に排出される。ポンプ１の正常な送出方 向での新たな開始前の吸引ないしはポンプ１の短時間の閉塞は、汚れを同時に結 合ユニット１０を貫流する排水と一緒にシーブ１５のそばを通過せしめる、それ により、まさに洗い落とされた汚れが直ぐに再び吸引されかつフィルタシーブ１ ５を閉塞することが防止される。

家庭で生じる種々のかつ互いに無関係の温水の排水量、並びに時点及び継続時間 と関連する本発明による装置の全効率は、流出する排水と加熱すべき清水の水量 が互いにほぼ同じである場合にのみ最適に実現される。常に同じであるのが有利 である。それというのもその際には最適な熱伝達及び最適な熱回収が保証される からである。この要求を満足するために、制御装置は、向流で作動する熱交換器 ３で生じる全ての温度を測定し、かつ無段階で制御可能なポンプ１及び／又はポ ンプ４を、熱い排水と熱い清水の測定点３０及び３３の間に並びに冷たい排水と 冷たい清水の測定点３１及び３２の間にでできるだけ均一な絶対温度差ΔＴが生 じるように制御する。

水量の均一性は、流速の制御を介してほとんど完全に達成される。導管及び熱交 換器の横断面は既知であるので、流速（ないしは水圧）が唯一の制御されるパラ メータである。

ボイラー１７への供給導管に設置されたばね負荷がかけられた逆上弁は、バイパ ス装置内でボイラーと接続された装置の消費水部分を介する意図しない循環を防 止する。このことは停止状態でボイラー１７内の成層の破壊ないしは温水排出の 際の好ましくない混合をもたらす。

フルタシーブのためのシーブ材料としては、多種多様なシーブ及びシーブ材料、 例えば約１００μｍメツシュ幅を有する織物シーブを使用することができる。

卿 国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　 ＣＨ，Ｃ３゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、 　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　ＮＯ，ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、　Ｓ Ｄ、ＳＥ、　ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．特に家庭、公共建造物、工場等に由来する、有利には不連続に生じる排水か ら熱を回収する装置であって、少なくとも１つの温水貯蔵器ないしはボイラーの 循環路内に配置された、向流で作業し、かつ排水が貫流する少なくとも１つの熱 交換器を有する形式のものにおいて、排水を導く排水導管（１０′）内に排水の 出現に応答するセンサ（６）が設けられており、該センサが少なくとも１つのポ ンプ（１）又は複数のポンプ（１）を制御する制御装置（８）に接続されており 、該制御装置によって、排水の出現を表示するセンサの信号で投入可能なポンプ （１）が排水導管（１０′）内で確認された排水を吸引せしめかつ熱交換器（３ ）を通して搬送ないしは圧送せしめることを特徴とする、排水の熱を回収する装 置。 ２．排水導管（１０′）内のセンサ（６）が強制搬送ポンプ（１）の吸引導管（ １１）の開口の上流に配置されている、請求の範囲第１項記載の装置。 ３．ポンプ（１）と熱交換器（３）の間に排水と共に持ち込まれた空気を分擁す るためにサイクロン（２）が配置されている、請求の範囲第１項又は第２項記載 の装置。 ４．サイクロン（２）からの排気及びサイクロン（２）を出る排水の圧力調整の ために、サイクロン（２）の上端部の部分から出発する空気導管（１６）が、サ イクロン（２）中の水位によって例えばフロート（１２）を用いて調節可能な排 気弁（１３）で閉鎖可能である、請求の範囲第３項記載の装置。 ５．熱交換器（３）に流入しかつそこから流出する排水及び貯蔵水の温度を確認 する温度センサ（５）が特に熱交換器（３）の相応する出口の直ぐ近くに設けら れており、該温度センサ（５）は制御装置（８）に接続されており、該制御装置 でポンプ（１）及び／又は貯蔵水の循環導管内に位置するポンプ（４）の送出量 ないしは搬送速度が、排水の入り口（３０）及び貯蔵水の出口（３３）及び／又 は貯蔵水の入り口（３２）及び排水の出口で測定されたないしは計算された温度 差（ΔＴ）に依存して制御可能である、請求の範囲第１項から第４項までのいず れか１項記載の装置。 ６．制御装置（８）と、排水を搬送するポンプ（１）及び場合により貯蔵器（１ ６）の循環路内にあるポンプ（４）で、熱交換器（３）の排水流量と貯蔵水流量 が互いに適合せしめられ、かつ特に０．８〜１２、有利には約１：１の量ないし は流量ないしは流速比に調整可能であるか又は調整されている、請求の範囲第１ 項から第５項までのいずれか１項記載の装置。 ７．既存の排水管（１０′）に組み込み可能な接続管片又は結合ユニット（１０ ）が設けられており、前記接続管片又は結合ユニットに排水センサ（６）が配置 されかつポンプ（１）の吸引導管（１１）、及びその下流に熱交換器（３）の排 水排出導管（１４）が開口している、請求の範囲第１項から第５項までのいずれ か１項記載の装置。 ８．ポンプ（１）の吸引導管（１１）に排水をフィルタ又はフィルターシーブ（ １５）を介して供給される、請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記 載の装置。 ９．結合ユニット又は接続管片（１０）の、吸引導管（１１）又はフィルター（ １５）の下流にフィルタ（１５）の上を通過し、吸引されない排水を検出する別 の排水センサ（６′）が設けられており、該排水センサは、制御ユニット（８） に接続され、該制御ユニットは相応する信号を受信すると、既に吸引された排水 でフィルタ（１５）を貫流洗浄するために一定時間ポンプ（１）の送出方向を逆 転させる、請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の装置。 １０．サイクロン（２）の上端部に接続された排気管（１６）がポンプ（１）の 吸引導管（１１）の下流で結合ユニット又は接続管片（１０）に開口している、 請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の装置。 １１．結合ユニット（１０）が熱交換器（３）及びボイラーないしは温水貯蔵器 （１６）より低いレベルに配置されている、請求の範囲第１項から第１０項まで のいずれか１項記載の装置。 １２．熱交換器（３）がその内部に油脂堆積を防止するために乱流発生装置又は 乱流室を備えている、請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項記載の 装置。 １３．フィルタ（１５）として、５０−２００μｍ、有利には約１００μｍの透 過性を有する織物フィルタが使用されている、請求の範囲第１項から第１２項ま でのいずれか１項記載の装置。