NL1025380C1 - Warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit afvalwater. - Google Patents

Description

Warmtewisselaar voor hét terugwinnen van warmte uit afvalwater

De uitvinding heeft betrekking op een warmtewisselaar voor 5 het terugwinnen van warmte uit afvalwater, omvattende een leiding waardoor afvalwater kan worden gevoerd en een om althans een deel van de leiding aangebracht lichaam waardoor te verwarmen water kan worden gevoerd. Warmtewisselaars van dit type zijn bekend, bijvoorbeeld voor 10 toepassing bij een doucheinrichting. Het probleem van de bekende warmtewisselaars is dat ze snel vervuilen, waarna het doorgaans toch al niet erg hoge rendement nog verder afneemt.

15 De warmtewisselaar volgens de uitvinding heeft een hoog rendement en vervuilt vrijwel niet, waardoor het rendement ook na intensief gebruik hoog blijft. De inventieve warmtewisselaar heeft als kenmerk, dat althans binnen het lichaam de leiding is voorzien van een althans in hoofdzaak 20 spiraalvormig geribbeld oppervlak. Het afvalwater dat langs de binnenwand van de leiding naar beneden stroomt vertoont door het spiraalvormig geribbeld oppervlak een sterke turbulentie, wat gunstig is voor de warmteoverdracht als zodanig maar wat bovendien de afzetting van een isolerende 25 slijmachtige laag voorkomt. Ook het te verwarmen water dat langs de buitenwand van het spiraalvormig geribbeld oppervlak stroomt vertoont een sterke turbulentie, zodat ook hier sprake is van een verbeterde warmteoverdracht. Een belangrijk bijkomend voordeel is dat er in de warmte-30 wisselaar geen spanningen zullen ontstaan bij sterke temperatuurwisselingen, doordat het geribbeld oppervlak van de leiding probleemloos van lengte kan veranderen. Dit heeft een gunstig effect op de levensduur van de warmtewisselaar.

35 102538ο

2 I

De warmtewisselaar volgens de uitvinding kan in elke I

positie worden gebruikt waarin er sprake is van enig verval I

voor het afvalwater. E$n gunstige uitvoeringsvorm van de I

inventieve warmtewisselaar waarbij het hoogste rendement I

5 wordt gehaald heeft als kenmerk, dat een hoofdas van de I

leiding in een gebruikstoestand althans in hoofdzaak I

verticaal is gepositioneerd. Op die wijze wordt een goede I

verdeling van het afvalwater over het binnenoppervlak I

verkregen. Een verder belangrijk bijkomend voordeel is dat I

10 het vrij naar beneden stromend water een lichte onderdruk I

creëert in de leiding, waardoor het uitgesloten is dat I

afvalwater doordringt in het te verwarmen water, zelfs als I

er sprake mocht zijn van een lek. I

15 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve I

warmtewisselaar heeft als kenmerk dat het te verwarmen I

water in een gebruikstoestand van beneden naar boven door I

het lichaam stroomt, waardoor het te verwarmen water de I

warmte optimaal opneemt en een zo hoog mogelijke I

20 temperatuur kan bereiken. I

De warmtewisselaar volgens de uitvinding kan met een I

willekeurige diameter worden vervaardigd. Een gunstige I

uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat een buitendiameter I

25 van de leiding 30 tot 40 millimeter bedraagt. De leiding I

heeft dan een voldoende groot inwendig oppervlak voor het I

overdragen van de warmte en sluit bovendien goed aan bij de I

gebruikelijke diameter van een standaard afvoerbuis van een I

douche, waardoor het aansluiten van de warmtewisselaar op I

30 de standaard afvoerbuis eenvoudig is. . I

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve I

warmtewisselaar heeft als kenmerk, dat het lichaam een I

binnendiameter heeft die 4% tot 10% groter is dan de I

35 buitendiameter van de leiding. Het voordeel is dat I

1025380 I

3 passerend te verwarmen water wordt gedwongen althans deels via de groeven in het oppervlak van de leiding te stromen, wat de turbulentie en daarmee de warmteoverdracht vergroot, terwijl de hydraulische weerstand beperkt blijft.

5

Een gunstige uitvoeringsvorm waarmee het rendement van de warmtewisselaar verder kan worden vergroot heeft als kenmerk, dat de leiding is vervaardigd uit roestvast staal. De superieure kwaliteit van dit materiaal maakt het 10 mogelijk de wanddikte zeer klein te kiezen, waardoor de warmteweerstand van de wand te verwaarlozen is. Bovendien ____corrodeert het materiaal vrijwel niet, waardoor de warmteweerstand ook na verloop van tijd gering blijft en doorroesten onmogelijk is.

15

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve warmtewisselaar heeft als kenmerk, dat tussen de leiding en het lichaam afstandhouders zijn aangebracht. De afstandhouders zorgen er voor dat de warmteoverdracht 20 gelijkmatig over het hele oppervlak plaats vindt.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de inventieve warmtewisselaar heeft als kenmerk, dat de afstandhouders stripvormig zijn uitgevoerd en parallel aan de hoofdas 25 verlopen. Op deze wijze geplaatst zorgen ze voor additionele turbulentie, omdat de afstandhouders vrijwel loodrecht op de stroomrichting van het te verwarmen water staan.

30 Een verder gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat boven en/of in de leiding een verdeelorgaan is geplaatst, voor het in een gebruikstoestand over het binnenoppervlak van de leiding verdelen van afvalwater. Een verdeelorgaan is vooral van belang als de leiding een relatief grote 35 diameter heeft, waardoor de kans bestaat dat een deel van ,1025380 I 4 het afvalwater de leiding passert zonder het binnen- I oppervlak te raken. Een warmtewisselaar met een grote H diameter zal bijvoorbeeld worden gebruikt in situaties waarin men warmte wil terugwinnen uit een relatief grote I 5 stroom afvalwater, zoals bijvoorbeeld in een zwembad.

I De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand I van de volgende figuren, waarbij: I 10 Fig. 1 schematisch in doorsnede een mogelijke I uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens I de uitvinding weergeeft;

Fig. 2A meer in detail in een langsdoorsnede een deel van I deze uitvoeringsvorm weergeeft; I 15 Fig. 2B in een dwarsdoorsnede deze uitvoeringsvorm weergeeft;

Fig. 3 schematisch in doorsnede een uitvoeringsvorm I voorzien van een verdeelorgaan weergeeft; I Fig. 4 schematisch in doorsnede een uitvoeringsvorm I 20 voorzien van een alternatief verdeelorgaan weergeeft.

I Fig. 1 geeft schematisch in doorsnede een mogelijke I uitvoeringsvorm van een warmtewisselaar volgens de I 25 uitvinding weer, bestaande uit een binnenbuis 1 via welke I benut waswater naar beneden stroomt, een buitenbuis 2 en I aansluitingen 3a,3b via welke te verwarmen water langs de I buitenzijde van binnenbuis 1 wordt gevoerd. Binnenbuis 1 is I vervaardigd uit roestvast staal, is dunwandig en is 30 voorzien van een spiraalvormig geribbeld oppervlak, I waardoor binnenbuis 1 zeer flexibel is. Om die reden wordt dit soort buis veelvuldig toegepast voor het aansluiten van bijvoorbeeld vacuumtoestellen en in de procesindustrie. Bij de onderhavige uitvinding speelt deze flexibiliteit geen 35 enkele rol. Belangrijk is dat binnenbuis 1 in de juiste 1025380 5 omgeving superieure eigenschappen heeft als warmtewisselaar en dat dit soort buis eenvoudig kan worden geproduceerd en verwerkt, zodat daarmee een betaalbare en voor huishoudelijk gebruik geschikte warmtewisselaar kan 5 worden gerealiseerd. In een hier getoonde uitvoeringsvorm zijn de uiteinden van binnenbuis 1 glad afgewerkt, bijvoorbeeld in een walsproces waarbij de ribbels worden glad gewalst, zodanig dat de uiteinden nauwkeurig passen in de uiteinden van buitenbuis 2. Buitenbuis 2 is in de hier 10 getoonde uitvoeringsvorm eveneens vervaardigd uit roestvast staal, zodat de uiteinden van binnenbuis 1 en buitenbuis 2 aan elkaar kunnen worden gelast met lassen 4a,4b. In de hier getoonde uitvoeringsvorm hebben de uiteinden van de warmtewisselaar een zodanige afmeting dat ze direct in een 15 mof kunnen worden gelijmd of gekneld, waardoor de warmtewisselaar eenvoudig kan worden geplaatst in een bestaande afvoerleiding voor benut waswater. Op binnenbuis 2 zijn aansluitingen 3a,3b gelast, eveneens vervaardigd uit roestvast staal, elk met een zodanige diameter dat ze 20 eenvoudig, bijvoorbeeld met behulp van een knelfitting, kunnen worden aangesloten op de waterleiding. Daarbij wordt schoon, koud leidingwater toegevoerd aan aansluiting 3a, welk water vervolgens in de ruimte tussen binnenbuis 1 en buitenbuis 2 naar boven stroomt, deels direct, deels via de 25 spiraalvormige groeven. Hierdoor krijgt de waterstroom een sterk turbulent karakter, waardoor de warmteoverdracht van binnenbuis 1 naar het leidingwater sterk wordt vergroot. Benut waswater, dat in hoofdzaak langs de binnenzijde van binnenbuis 1 naar beneden loopt, stroomt eveneens voor een 30 belangrijk deel via de spiraalvormige groeven in binnenbuis 1, waardoor ook aan de binnenzijde een turbulente waterstroom ontstaat en de verblijfsduur van het waswater in de warmtewisselaar belangrijk wordt vergroot. Hierdoor wordt de warmteoverdracht van het benutte waswater naar 35 binnenbuis 1 eveneens sterk vergroot, terwijl het 1025380 I 6 I turbulente karakter van de waterstroom er bovendien voor I zorgt dat er vrijwel geen slijmachtige laag aan de binnenzijde van binnenbuis 1 ontstaat. De hier getoonde I warmtewisselaar heeft een lengte van 2 meter en is in staat I 5 om tot 70% van de in het benutte waswater aanwezige warmte I terug te winnen en toe te voeren aan bijvoorbeeld het I schone leidingwater dat aan een mengkraan van een douche wordt toegevoerd, waardoor het energieverbruik voor het I nemen van een douche belangrijk afneemt.

I 10 I Fig. 2A geeft meer in detail in een langsdoorsnede een deel I van deze uitvoeringsvorm weer, met binnenbuis 1, buitenbuis I 2, las 4b en een afstandhouder 5 in de vorm van een

I kunststof strip die tussen binnenbuis 1 en buitenbuis 2 is I

I 15 aangebracht. Binnenbuis 1 heeft bijvoorbeeld een wanddikte

I van 0,3 millimeter, buitenbuis 2 heeft bijvoorbeeld een I

I wanddikte van 0,5 millimeter, de buitendiameter van I

I binnenhuis 1 is 2 millimeter kleiner dan de binnendiameter

I van buitenbuis 2 en de afstandhouders hebben een dikte van I

I 20 1 millimeter. Op deze wijze uitgevoerd kan de warmte- I

I wisselaar voordelig worden gefabriceerd en is hij goed I

I hanteerbaar voor een breed publiek. I

I Fig. 2B geeft in een dwarsdoorsnede deze uitvoeringsvorm I

I 25 weer, met binnenbuis 1, buitenbuis 2 en afstandhouders I

I 5a,5b,5c in de vorm van kunststof strips die tussen I

I binnenbuis 1 en buitenbuis 2 is aangebracht. I

I Het is desgewenst mogelijk om buitenbuis 2 te fabriceren I

I 30 uit een ander materiaal, bijvoorbeeld PVC, waarbij de I

I uiteinden van binnenbuis 1 aan buitenbuis 2 gelijmd kunnen I

I worden. I

I Fig. 3 geeft schematisch in doorsnede een uitvoeringsvorm I

I 35 bestaande uit een binnenbuis 1 met een relatief grote I

I 1025380 7 diameter weer, via welke benut waswater naar beneden stroomt, een buitenbuis 2 en aansluitingen 3a,3b via welke te verwarmen water langs de buitenzijde van binnenbuis 1 wordt gevoerd. Binnenbuis 1 is vervaardigd uit roestvast 5 staal, is dunwandig en is voorzien van een spiraalvormig geribbeld oppervlak. Om er voor te zorgen dat het benutte waswater langs het binnenoppervlak van binnenbuis 1 loopt, wordt dit benutte waswater aangevoerd via een verdeelorgaan 6, bestaande uit een aanvoer 7 en een overloop 8, welke 10 overloop 8 een zodanige diameter heeft dat het waswater op de ribbels van binnenbuis 1 belandt. Verdeelorgaan 6 is bijvoorbeeld vervaardigd uit PVC en is omwille van de duidelijkheid enigszins boven de warmtewisselaar weergegeven. In een gebruikstoestand wordt hij deels over 15 de warmtewisselaar geschoven.

Fig. 4 geeft schematisch in doorsnede een uitvoeringsvorm bestaande uit een binnenbuis 1 met een relatief grote diameter weer, via welke benut waswater naar beneden 20 stroomt, een buitenbuis 2 en aansluitingen 3a,3b via welke te verwarmen water langs de buitenzijde van binnenbuis 1 wordt gevoerd. Binnenbuis 1 is vervaardigd uit roestvast staal, is dunwandig en is voorzien van een spiraalvormig geribbeld oppervlak. Om er voor te zorgen dat het benutte 25 waswater langs het binnenoppervlak van binnenbuis 1 loopt, is de warmtewisselaar voorzien van een verdeelorgaan, bestaande uit een aantal in binnenbuis 1 geplaatste schijfvormige organen 9a,9b,.. In de hier getoonde uitvoeringsvorm zijn schijfvormige organen 9a,9b,.. via 30 kolommen 10a,10b,.. en bevestigingsringen 11a,11b bevestigd in binnenbuis 1, maar ze kunnen ook op een andere wijze bevestigd zijn of eenvoudig in binnenbuis 1 geklemd zijn.

1025380

Claims (9)

1. Warmtewisselaar voor het terugwinnen van warmte uit I afvalwater, omvattende een leiding waardoor afvalwater kan I 5 worden gevoerd en een om althans een deel van de leiding I aangebracht lichaam waardoor schoon, te verwarmen water kan I worden gevoerd, met het kenmerk, dat althans binnen het I lichaam de leiding is voorzien van een althans in hoofdzaak I spiraalvormig geribbeld oppervlak. I

10 I

2. Warmtewisselaar volgens conclusie 1, met het kenmerk, I dat een hoofdas van de leiding in een gebruikstoestand I althans in hoofdzaak verticaal is gepositioneerd. I

3. Warmtewisselaar volgens conclusie 2, met het kenmerk, I dat het te verwarmen water in een gebruikstoestand van I beneden naar boven door het lichaam stroomt. I

4. Warmtewisselaar volgens conclusie 3, met het kenmerk, I 20 dat een buitendiameter van de leiding 30 tot 40 millimeter I bedraagt. I

5. Warmtewisselaar volgens conclusie 4, met het kenmerk, I dat een binnendiameter van het lichaam 4-10 % groter is dan I 25 de buitendiameter van de leiding. I

6. Warmtewisselaar volgens conclusie 2 of 3, met het I kenmerk, dat de leiding is vervaardigd uit roestvast staal. I

7. Warmtewisselaar volgens conclusie 5 of 6, met het I kenmerk, dat tussen de leiding en het lichaam I afstandhouders zijn aangebracht. I 1025380 I

8. Warmtewisselaar volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de afstandhouders stripvormig zijn uitgevoerd en parallel aan de hoofdas verlopen.

8 I Conclusies I

9. Warmtewisselaar volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat boven en/of in de leiding een verdeelorgaan is geplaatst, voor het in een gebruikstoestand over het binnenoppervlak van de leiding verdelen van afvalwater. 1025330