NL1020677C1 - Warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit huishoudelijk afvalwater. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit huishoudelijk afvalwater

De uitvinding heeft betrekking op warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit huishoudelijk afvalwater.

Het aanbod en de temperatuur van afvalwater afkomstig van een individueel huishouden variëren in het algemeen sterker dan het aanbod en 5 de temperatuur van industrieel afvalwater. Verder is het op de schaal van individuele huishoudens moeilijk de warmteterugwinning te regelen en teruggewonnen warmte op te slaan. Dit laatste is problematisch, omdat de vraag naar warmte vaak (bijvoorbeeld bij het nemen van een warm bad of het doen van de afwas) juist vooraf gaat aan warmte aanbod in het 10 afvalwater. Een toepassing waar warmteterugwinning uit huishoudelijk afvalwater op eenvoudige wijze en met goed resultaat kan worden uitgevoerd is de terugwinning van warmte uit douche water. Tijdens het douchen valt de vraag naar warmte en water samen met het aanbod aan warm afvalwater.

15 Aan bekende warmtewisselaars voor het terugwinnen.van warmte uit lauw douchewater kleeft echter het bezwaar dat het rendement daarvan vrij laag is en dat deze complex en dienovereenkomstig kostbaar zijn.

Het is een doel van de uitvinding een warmtewisselaar te verschaffen die een hoog rendement koppelt aan een eenvoudige constructie. 20 Dit doel wordt bereikt door een warmtewisselaar volgens conclusie 1 te verschaffen. De uitvinding kan ook zijn belichaamd in een afvalwaterafvoer-samenstel volgens conclusie 10 of een douchevoorziening volgens conclusie 11, waarin een dergelijke warmtewisselaar is opgenomen.

Doordat het tapwaterkanaal in een warmteuitwisselingsgebied 25 wordt begrensd door de afvalwaterbuis en een buitengelegen buis die de afvalwaterbuis omhult, verkeert het tapwater in het tapwaterkanaal over een groot oppervlak in direct warmte uitwisselend contact met de afvalwaterbuis, zodat een zeer efficiënte warmteoverdracht wordt i- f· Λ , .. .·· . / 2 gerealiseerd. Het tapwaterkanaal tussen de afvalwaterbuis en de buitengelegen, de afvalwaterbuis omhullende buis· is bovendien op constructief eenvoudige en robuuste wijze te realiseren.

Bijzondere uitvoeringsaspecten van de uitvinding zijn neergelegd 5 in de afhankelijke conclusies.

Navolgend worden verdere aspecten, effecten en details van de uitvinding toegelicht aan de hand van een in de tekening weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. Daarbij toont: fïg. 1 een schematische weergave van een douchefaciliteit, en 10 fig. 2 een zijaanzicht van een warmtewisselaar volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een voorbeeld van een douchevoorziening volgens de uitvinding weergegeven. De douchevoorziening omvat twee tapwater-toevoerkanalen 1, 2 die vertakkingen vanaf een hoofdtoevoerleiding 3 15 vormen. Het eerste kanaal 1 van de tapwater-toevoerkanalen 1, 2 strekt zich via een warmtewisselaar 4 uit naar een tapwaterkraan 5. Het tweede kanaal 2 van de tapwater-toevoerkanalen 1, 2 verloopt naar een warmwatertoestel - volgens dit voorbeeld een direct gestookte boiler 6. Een verder toevoerkanaal 7 verbindt de boiler 6 met de tapwaterkraan 5 voor 20 het toevoeren van in de boiler 6 verwarmd water naar de tapwaterkraan 5. Vanaf de tapwaterkraan 5 verloopt een douchewatertoevoerkanaal 8 naar een douchekop 9. De tapwaterkraan 5 is volgens dit voorbeeld een thermosstatisch geregelde kraan met een eerste knop 10 voor het regelen van de hoeveelheid water die per tijdseenheid wordt doorgelaten en een 25 tweede knop 11 voor het instellen van de gewenste temperatuur van het douchewater. Deze bedraagt in het algemeen circa 36-40 °C.

De douchekop 9 is zodanig boven een douchebak 12 geplaatst dat een persoon die in de douchebak 12 staat besproeid wordt met uit de douchekop 12 tredend water 13. Het merendeel van het water stroomt in 30 gebruik langs de douchende persoon omlaag en een cabine 14 die zich boven 1 ü ,.J o / 3 de douchebak 12 uitstrekt voorkomt dat water dat langs de persoon sproeit of afketst vanaf de douchende persoon of de douchebak 12 in grote hoeveelheden buiten de douchebak 12 terechtkomt.

De douchebak 12 heeft een afvoerdoorlaat 15 waarop een 5 afvalwaterafvoer-samenstel aansluit. Een stroomopwaarts gedeelte van het afvalwaterafvoer-samenstel wordt volgens dit voorbeeld gevormd door een afvalwaterafvoerleiding 17 met een U-vormig verloop dat een waterslot vormt waarin in bedrijf water 18 staat. Door de afvalwaterafvoerleiding 17 strekt zich een afvalwaterkanaal 16 uit. Het afvalwaterkanaal 16 verloopt 10 verder stroomafwaarts door een zich door de warmtewisselaar 4 uitstrekkende afvalwaterbuis 19 en vervolgens door een op de warmtewisselaar 4 aansluitende afvalwaterafvoerpijp 20. De afvalwaterbuis 19 en de warmtewisselaar 4 maken eveneens deel uit van het afvalwaterafvoer-samenstel.

15 Het eerste tap waterkanaal 1 wordt in een gebied tussen een eerste afdichting 21 tegen de afvalwaterbuis 19 en een tweede afdichting 22 tegen de afvalwaterbuis 19 begrensd door de afvalwaterbuis 19 en een buitengelegen buis 23 die de afvalwaterbuis 19 omhult. Het tapwater in het tapwaterkanaal 1 vormt derhalve tussen de afdichtingen 21 en 22 een 20 mantel om de afvalwaterbuis 19. De afdichtingen 21, 22 tegen de afvalwaterbuis zijn uitgevoerd als manchetten 24, 25 die tevens afdichtend aansluiten op de buitengelegen buis 23 en die zijn voorzien van radiaal uitstekende aansluitingen in de vorm van moffen 26, 27 waarop tapwaterleidingen 28, 29 aansluiten en aansluitingen in lijn met de 25 afvalwaterbuis 19 waarop de afvalwaterleidingen 36, 37 aansluiten.

Voor het verwarmen van water in de boiler 6 is deze voorzien van een brander 30 en een rookgasafvoer 31 welke schematisch zijn aangegeven.

Wanneer met douchen wordt begonnen wordt de kraan 5 bediend door de waterdoseerknop 10 te verdraaien. In het algemeen zal de 4 temperatuurinstelknop 11 reeds ingesteld staan op de gewenste temperatuur.

In eerste instantie is de temperatuur van het water dat door de kraan afgegeven wordt lager dan de ingestelde temperatuur. Derhalve zorgt 5 de thermostaat er voor dat uitsluitend water via tapwaterkanaal 2 en de boiler 6 wordt aangevoerd. Deze toestand duurt totdat warm water vanaf de boiler 6 de kraan 5 heeft bereikt. Wanneer warm water afkomstig van de boiler 6 de kraan bereikt stijgt de temperatuur van door de kraan 5 afgegeven water. In reactie daarop reduceert de thermostaat de toevoer v?in 10 water via het tapwaterkanaal 2 en de boiler 6 laat deze gedoseerd water door dat is aangevoerd via het eerste tapwaterkanaal 1 en de warmtewisselaar 4. Hierdoor wordt koud water (of althans water met ongeveer bodem- tot omgevingstemperatuur) zodanig gemengd met het warme water afkomstig van de boiler 6 dat de temperatuur van het door de 15 kraan 5 afgegeven water op de ingestelde waarde wordt gehouden.

Het water dat uit de douchekop 9 treedt is aldus in eerste instantie koud of althans ongeveer op kamertemperatuur en het water dat via het afvalwaterkanaal 16 en de warmtewisselaar 4 wegstroomt heeft ongeveer dezelfde temperatuur. Hoewel de temperatuur van het wegstromende water 20 in de praktijk veelal om en nabij kamertemperatuur zal zijn en dus in het algemeen iets hoger zal zijn dan de temperatuur van het aangevoerde tapwater dat via in bodem liggende leidingen de bodemtemperatuur heeft aangenomen, wordt het aangevoerde tapwater in de warmtewisselaar 4 kort nadat de kraan 5 is geopend slechts weinig opgewarmd.

25 Zodra echter het water dat met ongeveer de ingestelde temperatuur uit de douchekop 9 is getreden via het afvalwaterkanaal 16 de warmtewisselaar 4 wordt het verschil in temperatuur tussen het aangevoerde tapwater in het tapwaterkanaal 1 en het afvalwater in het afvalwaterkanaal 16 aanzienlijk en wordt door warmte-uitwisseling tussen 30 het afvalwater en het tapwater een aanzienlijke verwarming van het * 5 tapwater bewerkstelligd. Met de warmtewisselaar 4 wordt een bijzonder hoog rendement behaald, doordat het tapwater in het tapwaterkanaal 1 een mantel om de afvalwaterbuis 19 vormt en derhalve over een groot oppervlak in direct contact verkeert met het buitenoppervlak van de afvalwaterbuis 5 19.

Wanneer het in de warmtewisselaar 4 verwarmde tapwater de kraan 5 bereikt zal de thermostaat van de kraan 5 de stroom water afkomstig van de boiler 6 verder reduceren en meer water doorlaten dat is aangevoerd via het eerste tapwaterkanaal 1 en de warmtewisselaar 4.

10 Doordat aldus minder water wordt afgenomen van de boiler 6 is minder energie nodig om het water in de boiler 6 op temperatuur te houden dan wel weer op temperatuur te brengen.

Op gemerkt wordt, dat de door middel van de warmtewisselaar 4 teruggewonnen warmte in plaats van voor het besparen van energie ook 15 geheel of gedeeltelijk aangewend kan worden om de wateropbrengst tijdens het douchen te vergroten en zo het douchecomfort te vergroten. Dit laatste kan vooral aantrekkelijk zijn als het water, in plaats van door een boiler 6, wordt verwarmd door een warmwatertoestel zonder substantiële buffervoorraad waarin het water stromend door een 20 doorstroomwarmtewisselaar wordt verwarmd en waarbij het vermogen van het warmwatertoestel vrij gering is. Dit is bijvoorbeeld het geval bij toepassing van gecombineerde apparaten voor ruimteverwarming en tapwaterverwarming in kleine, goed geïsoleerde woningen.

Volgens het onderhavige voorbeeld is de warmtewisselaar 4 25 opgenomen in het andere tapwaterkanaal 1 dan het tapwaterkanaal 2 dat naar het verwarmingstoestel 6 leidt. Hierdoor wordt het warmwatertoestel 6 steeds gevoed met koud water. Dit biedt bij toepassing van een verwarmingselement met een brander op zijn beurt het voordeel dat de bij het verbranden van brandstof vrijkomende warmte met een hoog rendement 6 opgevangen kan worden, onder meer door een sterke condensatie van water in de rookgassen.

Als een boiler wordt toegepast biedt de maatregel dat de warmtewisselaar 4 is opgenomen in het andere tapwaterkanaal 1 dan het 5 tapwaterkanaal 2 dat naar het verwarmingstoestel 6 leidt bovendien het voordeel, dat dankzij het verwarmen van het water dat tijdens het douchen bijgemengd wordt om de temperatuur van het afgegeven water te reduceren, weinig water uit de boiler 6 wordt afgenomen en zo de tijdsduur dat gedoucht kan worden wordt verlengd.

10 In het algemeen is het vermogen waarmee water in een boiler wordt verwarmd riiet voldoende om de afname aan warm water tijdens het douchen te compenseren. Elektrische verwarmingselementen worden bovendien in het algemeen alleen ingeschakeld gedurende periodes van de dag waarin de prijs van elektriciteit laag is. Doordat bij toepassing van een 15 warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit het afvalwater kan worden volstaan met een geringer waterdebiet uit de boiler, kan langer gedoucht worden totdat in de boiler geen water met ten minste de ingestelde temperatuur meer aanwezig is.

Het is echter ook mogelijk een warmtewisselaar voor het 20 terugwinnen van afvalwater zo te plaatsen dat het water in het tapwaterkanaal dat naar het verwarmingstoestel leidt wordt voorverwarmd. Dit biedt het voordeel dat de invloed van fluctuaties in de warmteoverdracht in de warmtewisselaar (bijvoorbeeld doordat de waterafvoer kort wordt tegengehouden of fluctueert) op de temperatuur 25 kleiner is, hetgeen vooral van voordeel is als de kraan 5 geen thermostaatkraan is.

Doordat bij de warmtewisselaar 4 volgens het weergegeven voorbeeld de afvalwaterbuis 19 ten minste in een gedeelte van het warmteuitwisselingsgebied een geprofileerd buitenoppervlak 32 heeft wordt ? 0 2 06 7 7 7 het buitenoppervlak vergroot hetgeen de overdracht van warmte naar het koude tapwater in het kanaal 1 verder bevordert.

Doordat de afvalwaterbuis 19 een binnenoppervlak 38 heeft dat glad of althans minder geprofileerd is dan het buitenoppervlak van de 5 afvalwaterbuis 19 wordt verder de kans op verstopping van de afvalwaterbuis 19 beperkt.

De profilering van het buitenoppervlak van de afvalwaterbuis 19 wordt gevormd door uitsteeksels 33 en uitsparingen 34 die elkaar in lengterichting van de. afvalwaterbuis 19 afwisselen. Hierdoor veroorzaakt de 10 profilering wervelingen in de tapwaterstroom, hetgeen de warmteoverdracht verder bevordert..

Doordat de profilering van het buitenoppervlak van de afvalwaterbuis 19 verder is uitgevoerd als een zich in hoofdzaak in omtrekszin om de afvalwaterbuis 19 uitstrekkende ribstructuur kan deze 15 eenvoudig worden vervaardigd. Meer in het bijzonder is de ribstructuur uitgevoerd als een schroefdraad die eenvoudig op een draaibank aan te brengen is door rollen of verspanen.

De afvalwaterbuis 19 is daarbij bij voorkeur vervaardigd uit een metaal zoals koper of aluminium dat warmte goed geleid en eenvoudig te 20 bewerken is. Eventueel kan de binnenzijde bekleed zijn met een ander materiaal, zoals roestvast staal, dat weinig gevoelig is voor aantasting door corrosie.

De buitengelegen buis 23 is voorzien van ten minste drie in omtrekszin verdeelde, binnenwaarts reikende uitsteeksels die op de 25 afvalwaterbuis 19 aangrijpen. Deze uitsteeksels 35 houden de afvalwaterbuis 19 gepositioneerd ten opzichte van de buitengelegen buis 23. Bij voorkeur is daarbij de afstand tussen het buitenoppervlak van de afvalwaterbuis 19 en het binnenoppervlak van de buitengelegen buis 23 over de gehele omtrek, afgezien van de gebieden van de uitsteeksels 35, 30 althans in hoofdzaak constant, zodat de tapwaterstroom gelijkelijk over de 8 omtrek van de tussenruimte tussen de afvalwaterbuis 19 en de buitengelegen buis 23 wordt verdeeld. Volgens dit voorbeeld zijn de uitsteeksels 35 lijnvormig uitgevoerd, waardoor deze het tapwater bovendien geleiden en over een groot oppervlak op de afvalwaterbuis 19 5 aangrijpen. Dit verschaft op zijn beurt de mogelijkheid de afvalwaterbuis 19 relatief dunwandig uit te voeren. Het relatief grote contactoppervlak tussen de afvalwaterbuis 19 en de buitengelegen buis 23 bevordert verder de warmteoverdracht naar de buitengelegen buis 23, zodat warmte ook via de buitengelegen buis 23 aan het tapwater kan worden overgedragen. Daartoe 10 is ook de buitengelegen buis bij voorkeur vervaardigd uit een warmte geleidend materiaal zoals koper.

In combinatie met de uitsteeksels 33 en uitsparingen 34 die elkaar in lengterichting van de afvalwaterbuis 19 afwisselen en in het bijzonder de ribvormige uitvoering daarvan, bieden de binnenwaartse uitsteeksels 35 15 van de buitengelegen buis 23 verder het voordeel, dat deze de buizen 19, 23 in axiale richting ten opzichte van elkaar vasthouden.

De binnenwaarts reikende uitsteeksels 35 zijn uitgevoerd als binnenwaarts doorgedrukte gedeeltes van buitengelegen buis 23. Hierdoor zijn deze uitsteeksels eenvoudig te vervaardigen. Door deze aan te brengen 20 na plaatsing van de afvalwaterbuis 19 in de buitengelegen buis 23 wordt de afvalwaterbuis 19 tevens vastgeklemd in de buitengelen buis 23. Daarbij wordt een bijzonder effectieve fixatie van de afvalwaterbuis 19 in axiale richting verkregen, doordat de uitsteeksels 35, terwijl deze worden aangebracht, aangrijpen op de profilering van de afvalwaterbuis 19.

25 ί · ; y · -- ] 7

Claims (11)

1. Warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit huishoudelijk afvalwater, omvattende een afvalwaterbuis (19) voor het doorleiden van afvalwater, een tapwaterkanaal (1) dat zich langs de afvalwaterbuis (19) uitstrekt voor warmte-uitwisseling tussen afvalwater in 5 de afvalwaterbuis (19) en tapwater in het tapwaterkanaal (1), waarbij het tapwaterkanaal (1) tussen een eerste afdichting (21) tegen de afvalwaterbuis (19) en een tweede afdichting (22) tegen de afvalwaterbuis (19), wordt begrensd door de afvalwaterbuis (19) en een buitengelegen buis (23) die de afvalwaterbuis (19) omhult.

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, waarbij de afvalwaterbuis (19) een buitenoppervlak (32) heeft dat ten minste gedeeltelijk geprofileerd is uitgevoerd.

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, waarbij de afvalwaterbuis (19) een binnenoppervlak (38) heeft dat glad of althans minder geprofileerd 15 is dan het buitenoppervlak van de afvalwaterbuis (19).

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 2 of 3, waarbij de profilering uitsteeksels (33) en verdiepte gedeeltes (34) omvat die elkaar in lengterichting van de afvalwaterbuis (19) afwisselen.

5. Warmtewisselaar volgens een der conclusies 2-4, waarbij de 20 profilering een zich in hoofdzaak in omtrekszin om de afvalwaterbuis (19) uitstrekkende ribstructuur omvat.

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 5, waarbij de ribstructuur is uitgevoerd als een schroefdraad.

7. Warmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, waarbij 25 ten minste drie in omtrekszin verdeelde, vanaf de buitengelegen buis (23) binnenwaarts reikende uitsteeksels (35) op de afvalwaterbuis (19) aangrijpen. ίο

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, waarbij de binnenwaarts reikende uitsteeksels (35) zijn uitgevoerd als binnenwaarts doorgedrukte gedeeltes van buitengelegen buis (23).

9. Warmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, verder 5 omvattende een ten minste een manchet (24, 25) die de afdichting (21, 22) tegen de afvalwaterbuis (19) vormt en die tegen een eindgedeelte van de buitengelegen buis (23) is afgedicht, verder omvattende een radiaal uitstekende aansluiting ((26, 27) voor een tapwatertoevoer- of afvoerleiding (28, 29) en een aansluiting in lijn met de afvalwaterbuis (19) voor het 10 aansluiten van een afvalwaterleiding.

10. Afvalwaterafvoer-samenstel omvattende een leiding (36) met een uiteinde voor aansluiting op een afvoerdoorlaat (15) van een bassin zoals een douchebak (12) of een badkuip en een warmtewisselaar (4) volgens een der voorgaande conclusies, waarbij een afvalwaterkanaal (16) zich door 15 genoemde leiding (36) en genoemde warmtewisselaar (4) uitstrekt.

11. Douchevoorziening omvattende een tapwaterkraan (5) in het tapwaterkanaal (1) en communicerend met de warmtewisselaar (4) en met een warmwatertoestel (6), een douchekop (9) via welke douchekop het tapwaterkanaal (1) uitmondt, een bassin zoals een douchebak (12) of een 20 badkuip voor het opvangen van douchewater afkomstig uit de douchekop (9) en een afvalwaterafvoer-samenstel volgens conclusie 10, waarbij het bassin (12) is voorzien van een afvoerdoorlaat (15) communicerend met genoemd afvalwaterkanaal (16).