NL1031546C1 - Energieriool. - Google Patents

Description

i

ENERGIERIOOL

De uitvinding heeft betrekking op een rioleringsstelsel en daarbij 5 behorende installatie voor het benutten van de eigen warmte, alsmede de daaraan toegevoegde warmte verkregen uit zon en wind. Op deze wijze ontstaat een vrijwel onuitputtelijke calorische bron die de behoefte aan fossiele brandstoffen en de daaraan inherente kooldioxide uitstoot beduidend kan reduceren.

10 Overeenkomstig de aard van de onderhavige vinding wordt de rioolwarmte op een milieuvriendelijke en economisch verantwoorde wijze geëxploiteerd. Daartoe dient met name een hybride warmte-installatie die bij voorkeur gevoed wordt met rioolwarmte als boven omschreven, doch bij tijdelijk onvoldoende 15 aanbod daarvan, tevens middels uit koolzaad of andere zaden geperste olie gevoede brander, die daarnaast kan worden aangewend voor heetwatervoorziening, ai dan niet gescheiden van het verwarmingscircuit. Uit metingen blijkt dat de temperatuur van de rioolinhoud varieert van 19°C tot 23°C, derhalve ruim boven 20 de gemiddelde bodemtemperatuur van 13°C, hetgeen impliceert dat het rendement van een bodemwarmtewisselaar in aquifers (=waterhoudende zandlagen), in combinatie met een warmtepomp, aanzienlijk lager uitvalt.

Dit gegeven maakt toepassing van vloerverwarming aantrekkelijk 25 omdat de daarvoor benodigde temperatuur die van het riool nabij komt.

103t546- 2

Weshalve kan als regel worden volstaan met een warmtepomp van geringe capaciteit.

De hybride warmteïnstallatie waarvoor tevens nieuwheid geclaimd 5 wordt, bestaat uit twee concentrische vaten, tezamen omhuld door een kast.

Het binnenvat is gevuld met vloeibare paraffine en daarin bevinden zich vier spiralen, elk met een afzonderlijk circuit.

Deze spiralen kunnen zowel liniair als concentrisch zijn geplaatst.

10 Één daarvan wordt gevoed met heetwater afkomstig van een zogenaamd energiedak.

Een tweede is opgenomen in het circuit van de vloerverwarming (of wandverwarming) en put haar warmte dus uit het binnenvat.

Een derde spiraal is bestemd voor het benutten van warmte, 15 verkregen uit straat- en erfverharding. Het buitenvat omhuld de onderzijde van het binnenval; derhalve over het deel waar zich de spiraal voor dakenergie bevindt. De ruimte tussen buiten- en binnenwand wordt gevuld met vaste paraffine met een smeltpunt van omtrent 52°C en een smelttraject van omtrent 5°C. Dit laatste 20 gegeven bewerkstelligd een gunstiger warmtetransmissie. Op deze wijze is een warmtebuffer gecreëerd om de pieken in de warmtetoevoer te accumuleren. De vaten worden omsloten door een gasdichte kast welke een pijpenbundel herbergt, boven en onder gevat in een pijpenplaat welke deel uitmaakt van een verzamelkast. 25 De pijpen zijn inwendig voorzien van een Archimedesspiraal met als doel het verlengen van de verblijftijd van de daardoor stromende rioolgassen en het bevorderen van de turbulentie voor een betere warmteoverdracht.

3

De verzamelkasten zijn langs de kortste weg verbonden met het riool. De aansluitpunten daarop echter met voldoende onderlinge afstand om vermenging van in- en uitlaatgassen te voorkomen.

5 Het rioolgascircuit, bestaande uit een mengsel van lucht en rioolgassen, wordt in beweging gehouden door een schroef-ventilator met variabel toerental. Luchtsuppletie wordt automatisch geregeld door een regelbarometer in het riool, gecombineerd met een thermometer. Onder de bodem van het binnenvat is een door 10 natuurlijke olie gevoede brander geïnstalleerd, die pas in werking treedt als de temperatuur voor de vloerverwarming tot beneden het aanvaardbaar minimum is gedaald. De extra warmte wordt geaccumuleerd in de vaste paraffinebuffer. Luchttoevoer naar de brander en supptetielucht zijn gescheiden. Watertoevoer naar de 15 elders geplaatste boiler gaat via de bufferruimte. Daartoe is ook daarin een spiraal gesubmergeerd.

Ter voorkoming van stankoverlast worden alle lasnaden en verbindingen hermetisch gedicht met epoxyhars. De door de omkasting gevoerde tubelures worden uniform uitgevoerd en 20 duidelijk gecodeerd om onderlinge verwisseling te voorkomen.

In het rookkanaal is een vlampijpbundel geplaatst. Ook deze vlampijpen zijn voorzien van een ArchimedesspiraaL Voor de vergroting van het VO (=verwarmd oppervlak) worden deze pijpen aan de buitenzijde geribd uitgevoerd Het rookkanaal wordt 25 aangesloten op de schoorsteen.

4

Besturing van de installatie op een bekende wijze.

De aansiuitkanalen van het rioleringsstelsel monden uit in het straat-kanaal. Dit kanaal bestaat uit een betonnen buis, bij voorkeur 5 vervaardigd uit een materiaal waarvoor, met het oog op de bijzondere toepassing, eveneens nieuwheid geclaimd wordt, namelijk een mengsel van basaltkorrels, steenkoolgruis en een bindmiddel. Rioolbuizen volgens deze receptuur vervaardigd, bezitten een veel groter warmtebegeteidend vermogen dan de thans 10 toegepaste buizen; een eigenschap die de warmteaccumulatie in de directe omgeving van het riool bevordert. De straatriootbuis wordt bij voorkeur uitgevoerd volgens de traditionele vormgeving; dat wil zeggen halfcirkelvormig aan de bovenzijde voor het weerstaan van de schedeldruk en met convergerende raaklijnen naar onderen toe, 15 eindigend in een smalle bodem, zo dat ook bij relatief geringe aanvoer voldoende doorstroom snelheid gegarandeerd is ter voorkoming van opstopping. Alvorens het rioleringsstelsel te positioneren, wordt het cunet, tezamen met de geëxcaveerde bodem en de daarop aansluitende zijhellingen (tatuud), bedekt met een 20 stevige folie, bij voorkeur vervaardigd uit HDPE (= high density polyethyleen). Op deze wijze wordt een efficiënte warmte- en waterscheiding verkregen. Het moge duidelijk zijn dat ook voor dit constructiedetail nieuwheid geclaimd wordt.

Het cunet wordt, evenals de geëxcaveerde bodem, voorzien van 25 schuine wanden om instorten tijdens de werkzaamheden te voorkomen, doch ook rechte wanden zijn toepasbaar.

5

Voor een betere warmtetransmissie wordt de cunetbodem bedekt met een laag steenkool. Opvulling van de rest van de excavatie eveneens met in de toplaag een buizenregister, doorstroomd met 5 een goede warmteopnemende vloeistof zoals vloeibare paraffine, doch in geen geval giftig. Het buizenregister wordt ingebed in asfalt alvorens het wegdek aan te brengen. De vloeistof in het register doorstroomt de hybride installatie om daarin haar warmte af te staan, casu quo daaraan warmte te onttrekken. Op de beschreven wijze 10 wordt het energieriool, behalve voor het verwarmen van woningen en utiliteitsgebouwen, ook benut voor het sneeuw- en ijsvrij houden van wegen en straten in de winter, terwijl de daken welke voorzien zijn van een warmte-urtwïsselend systeem niet meer bezwijken onder een dik pak sneeuw.

15 De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van een uitvoerings-voorbeeld, aan de hand van de tekeningen, waarvan FIG.1 een dwarsdoorsnede geeft over het complete stelsel volgens de vinding, FIG.2 een detail toont van het straatriool en de directe omgeving, 20 terwijl FIG.3 een dwarsdoorsnede over de hybride warmte-installatie laat zien.

FIG.4 spiraal voorverwarming inlaatlucht.

FIG.5 energiedak.

25 FIG.6 boiler.

6

De grondleiding 1 en het aansluitkanaal 2 zijn aangesloten op het straatkanaal 3.

Tenzij sprake is van een gescheiden systeem worden de 5 regenpijpen 4 direct gekoppeld aan de grondleiding 1, evenals een eventuele (niet getekende) kelderafvoer. De aansluitingen op het straatkanaal 3, zijnde hoofdverzamelaar van al het afvalwater 5 in het rioleringssysteem dan wel daarheen leidend, bij voorkeur ter plaatse van een vanaf het wegdek 6 betreed bare schacht 7.

10 Met betrekking tot het bovenstaande de aansluitingen betreffend, onderscheid het stelsel volgens de onderhavige vinding zich niet van reeds toegepaste systemen en dat geldt ook voor het vervat en de daaraan inherente snelheid van het afvalwater 5, variërend van 0,6 tot 1,3 m/sec. De nieuwheid wordt gevormd door geïntegreerde 15 primaire en secondaire geforceerde warmtecirculatiesystemen. Primair enerzijds de van het wegdek 6 verkregen zonnewarmte, gecollecteerd door in asfalt gebed, met vloeibare paraffine doorstroomde buizenregisters 8, tweezijdig gevat in headers 9, waarop de toe- en afvoerbuizen 10 zijn aangesloten. De paraffine 20 staat haar thermische energie af in een binnenshuis geplaatste hybride warmte-installatie 11. Tijdens vorst en sneeuwval kan de vloeistofstroomrichting worden omgekeerd en wordt het wegdek 6 verwarmd. Anderzijds wordt in het kader van deze vinding primaire energie verkregen uit door het wegdek 6 verwarmd hemelwater dat 25 het straatkanaal 3 bereikt via buizen 2, alsmede de van (niet getekende) daken afkomstige regenwaterhoeveelheden die via dakgoten 4 en grondleidingen 1, net als het afvalwater 5, 7 eveneens haar weg vindt naar het straatkanaal 3.

Het secundaire warmtecirculatiesysteem wordt onderhouden door een schroefventilator 12, geplaatst in het warme-lucht-circuit van 5 installatie 11, stromend door de warmte-uitwisselaar 13 en buizen 14 van en naar het straatkanaal 3. Op de beschreven wijze wordt alle afvalwarmte geaccumuleerd in het rioleringsstelsel. De sanitaire voorzieningen zoals de toiletten 15 zijn, zoals gebruikelijk, met sifons 16 aan het systeem gekoppeld. Het warme-lucht-circuit echter 10 is een gesloten systeem en behoeft derhalve een dergelijke stank-afsluiting niet, mits aan bepaalde criteria is voldaan. Zo mag de stank van het riool onder geen beding doordringen in de woning.

De afsluiting van de omkasting 17 en de uniforme tubelures 18 dient daarom hermetisch te zijn. De constante circulatie door het straat-15 riool 3 behoeft verse-lucht-suppletie voor het instandhouden van een constante druk in het stelsel, ter voorkoming van storende fluctuaties. Deze lucht treedt toe direct achter de ventilator 12 via tubelure 19 en regelklep 20. De luchtsuppletie verdunt het riooigas in belangrijke mate. Een gasdetector 21 in de directe omgeving van de 20 warmte-instalfatie 11 doet bij de geringste lekkage in het rioolgascircuit een alarm 22 afgaan, terwijl tegelijkertijd de vlinderklep 23 gesloten wordt Tijdens deze fase voorkomt de suppletie-regelklep 20 critische onderdruk in het systeem.

De warmte-installatie 11 wordt in de eerste plaats aangewend voor ;25 vloer- en wandverwarming.

8

Daartoe is in het met vloeibare paraffine, zijnde massa 24, gevulde binnenvat 25 een spiraal 26 gepositioneerd, met inlaattubelure 27 en uitlaattubelure 28 verbonden met het daarvoor geëigende buizen-5 register 29 (niet gedetailleerd). Door spiraal 30 circuleert de vloeibare paraffine, in temperatuur verhoogt door wegdek 6 middels de in buizenregister 8 geaccumuleerde warmte welke wordt afgestaan aan massa 24. Het moge duidelijk zijn dat deze circulatie reversibel is om bij vorst en sneeuw juist warmte af te staan aan het wegdek 6.

10 De relatief grote warmtehoeveelheid afkomstig van het energiedak 31, wordt door spiraal 32 geleid. Op hete zomerdagen wordt een groot deel daarvan geaccumuleerd in vaste paraffine 33 welke de ruimte 34 tussen binnenvat 25 en buitenvat 35 nagenoeg geheel vult. De smeltwarmte van vaste paraffine 33 is een veelvoud van 15 haar waterwaarde en dient in de eerste plaats als warmtebuffer voor tijdelijke pieken in het warmteaanbod. Spiraal 36 maakt deel uit van een vloeibare-paraffine-circuit, dienend als voorverwarming van boiler 37, middels spiraal 38, waardoor energiebesparing wordt verkregen voor brander 39. Brander 40 treedt in werking zodra de 20 temperatuur in het vloerverwarmingssysteem tot beneden een vooraf ingesteld niveau is gedaald. De daardoor ontwikkelde hete verbrandingsgassen worden door vlamkast 41 en vlampijpen 42 geleid zodat de inhoud van ketel 45 tot het gewenste niveau verwarmd wordt. De voor dit proces benodigde lucht treedt toe via 25 kanaal 43.

9

De afgewerkte gassen verlaten de installatie door schoorsteen 44.

De daarin aangebrachte warmtewisselaar 45 benut de daarin nog aanwezige restwarmte en wordt eveneens naar het riool geleid, 5 of naar de boiler.

De hermetisch gesloten kast 17 wordt aan de buitenzijde bekleed met isolatie 46. Alvorens het straatriool 3 te positioneren, wordt na excavatie en de voltooiing van het cunet 48, het geheel bedekt met een stevige folie 50 over de afgraving 47, het cunet 48 en het taluud 10 49. Alvorens het straatriool 3 te positioneren wordt een laag goed warmtegeleidend materiaal 51 aangebracht. Vervolgens, dus na het inbrengen van het straatriool 3, wordt het geheel volgestort met hetzelfde materiaal tot een bepaald niveau. Daarop wordt een buizenregister 8 en header 9 gelegd. Hierop wordt weer een laag 15 van het materiaal 51 gestort en daarop een laag 52 bestaande uit restglas of bimskorrels, dienend als isolatielaag om te voorkomen dat de geaccumuleerde warmte ontsnapt. Op de laag 52 wordt het buizenregister 8b en header 9b gelegd en ingegoten in asfalt.

Ten slotte wordt de straatbedekking 6 gerealiseerd. Op de boven 20 beschreven wijze is een energieaccumulator gecreëerd waarmede de uit verschillende bronnen gecollecteerde warmte over een zeer lange periode wordt vastgehouden en - in tegenstelling tot aquifers -niet of nauwelijks weglekt. Omdat het strooien van vriespunt verlagende middelen zoals zout achterwege kan blijven, wordt het 25 milieu niet extra belast, terwijl reparaties als gevolg van opvriezen en smelten van het asfalt tot het verleden behoren. Drainagebuizen 53 voeren het binnentredende hemelwater af naar straatriool 3. De trottoirbanden 53 zijn buiten het met folie 50 bedekte deel geplaatst.

I031546 -

Claims (16)

1. Energieriool en daarbij behorende installatie en voorzieningen 5 voor het benutten van de eigen warmte-inhoud, alsmede de daaraan toegevoegde warmte, verkregen uit zon en wind, methetkenmerkdat na excavatie de bodem van de afgraving, het cunet en de taluuds wordt bedekt met een stevige folie die fungeert als scheidingsviak 10 tussen de niet omwoelde aarde en de daarop te storten vulling, bestaande uit meerdere lagen van verschillende samenstelling, te starten met een bedding van goed warmtegeleidend materiaal zoals steenkool of antraciet, waarop de kanaalbuis wordt geplaatst, terwijl, na het aanbrengen van de grondleidingen, 15 daarna het cunet met hetzelfde materiaal geheel wordt gevuld, en vervolgens - tot een bepaalde dikte - ook de bodem van de afgraving en afgedekt met een isolerende laag van restglas of bims, dienend om de geaccumuleerde warmte te beletten om naar boven via de bedekking te ontsnappen bij bepaalde atmosferische 20 condities, terwijl op deze isolatielaag een buizenregister en daarbij behorende headers wordt gelegd, ingegoten met asfalt voor een goede warmte-overdrachtscoëlficiënt, waarop tenslotte het wegdek wordt aangebracht dat, als gevolg van zowel radiatie als convectie, een grotere warmteinhoud kan genereren en deze afstaat 25 aan het met vloeibare paraffine doorstroomde buizenregister dat op haar beurt de aldus gecollecteerde warmte afstaat 1031546- in een hybride warmte-installatie voor opslag in het energieriool bij vorst en/of sneeuw, reversibel wordt aangewend voor straat- en trottoirverwarming, met dien verstande dat het totale 5 rioleringsstelsel als warmte-accumulator fungeert en de warmte-installatie als warmtedistributie voor de straat en de daaraan grenzende woningen en gebouwen - met name vloer- en wand-verwarming - met een buffering door middel van een met vaste paraffine gevulde ruimte, zo dicht mogelijk bij de spiraal voor de 10 dakenergie, waarbij een met natuurlijke olie gevoede brander dient om bij te gering aanbod van rioolenergie te fungeren als stand-by.

2. Energieriool en daarbij behorende installatie overeenkomstig conclusie 1, met het kenmerk dat 15 de installatie bestaat uit een met vloeibare paraffine gevuld binnenvat waarin zich een aantal met een daarvoor geschikte warmtedragende vloeistof doorstroomde spiralen bevindt; elke spiraal met een specifieke functie, in de eerste plaats voor vloer- of wandverwarming, terwijl de voeding afkomstig is van door het wegdek gecollecteerde 20 zonnewarmte en dakenergie dat deels wordt gebufferd in een het binnenvat deels omhullend buitenvat waarin vaste paraffine de pieken in het warmteaanbod, met name van het dak, tijdelijk buffert, gebruik makend van het feit dat de smeltwarmte, casu quo stollings-warmte, van vaste paraffine een veelvoud is van haar waterwaarde.

3. Installatie overeenkomstig conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat deze is omkast, waarbij deze omkasting middels de daarin 5 geplaatste pijpenbundel, doorstroomt met het door een schroef-ventilator of anderszins verplaatste rioolgas, fungeert als warmte-uitwisselaar met het binnen- en buitenvat, zódanig dat het warme rioolgas haar warmte afstaat aan de lucht in de kast, die op haar beurt warmte uitwisselt met de vloeibare, casu quo vaste paraffine 10 in respectievelijk binnen- en buitenvat

4. Installatie overeenkomstig conclusie 3, met het kenmerk dat de pijpuiteinden van de pijpenbundel in de omkasting zijn gerold of gelast in pijpenplaten, deel uitmakend van de verzamelkasten, 15 terwijl de rioolgassen in beweging gehouden worden door een al dan niet omkeerbare schroefventilator waarop een verse-lucht-toevoer is aangesloten om onderdruk in het rioleringsstelsel uit te sluiten en de rioolgassen te verdunnen ter bestrijding van stankoverlast.

5. Installatie overeenkomstig conclusies 2, 3 en 4, 20 met het kenmerk dat in de ruimte tussen binnen- en buitenvat een spiraal is geplaatst die de smelt- en stollingswarmte afgeeft aan een tot de installatie behorende boiler, via een daarin aangebrachte vóórverwarmings-spiraal.

6. Installatie overeenkomstig conclusies 2, 3,4 en 5, met het kenmerk dat de hybride functionaliteit mede wordt bewerkstelligd door de 5 verbrandingsgassen door een in de schoorsteen geplaatste pijpen-bundel te geleiden om de restwarmte te benutten.

7. Installatie overeenkomstig conclusies 2 tot en met 6, met het kenmerk dat de buizen van de pijpenbundels inwendig zijn voorzien van 10 Archimedesspiralen om de verblijftijd van de gassen te verlengen voor een betere warmteoverdracht, terwijl ribben aan de buitenzijde het verwarmd oppervlak vergroten.

8. Installatie overeenkomstig met conclusies 2 tot en met 7, met het kenmerk dat 15 de luchttoevoer aan de vlamkast wordt vóórverwarmd door de in de schoorsteen gemonteerde warmtewisselaar overeenkomstig conclusie 6.

9 Installatie overeenkomstig conclusies 2 tot en met 8, met het kenmerk dat 20 de omkasting is bekleed met een uit natuurlijke stoffen verkregen isolatielaag.

10. Installatie overeenkomstig conclusies 2 tot en met 9, met het kenmerk dat het condensaat uit de omkasting wordt afgevoerd naar het riool.

11. Energieriool overeenkomstig conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat de rioolenergie geheel of ten dele wordt overgedragen aan een in 5 het goed warmtegeleidend pakket onder het wegdek ingebed pijpen-register met headers die de gecollecteerde warmte aföraagt aan de vloeibare paraffine in het binnenvat, waarbij de omkasting niet noodzakelijkerwijs als warmte-uitwisselaar fungeert en derhalve daarin geen pijpenbundel geplaatst hoeft te worden; derhalve 10 uitsluitend als omkasting kan dienen.

12. Energieriool en daarbij behorende installatie en voorzieningen overeenkomstig voorgaande conclusies, met het kenmerk dat ook het trottoir bijdraagt aan de warmtecollectie.

13. Energieriool overeenkomstig voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de straatrioolbuis en andere hoofdverzamelaars zijn gefabriceerd uit een zeer goed warmtegeleidend materiaal, bij voorkeur basalt-gruis vermengd met koolstof en schelpkalk.

14. Energieriool overeenkomstig conclusie 1, met het kenmerk dat het ontrekken van warmte aan het asfalt voorkomt dat dit bij heet weer gaat smelten.

15. Energieriool overeenkomstig conclusie 1, 25 met het kenmerk dat De toplaag is verhard met antraciet voor een nog grotere warmtecollectie.

16. Energieriool overeenkomstig voorgaande conclusies, met het kenmerk dat voor de bereiding van bedekkingen, energie-opsiag en rioolbuizen, 5 smeltkamergranulaat - een afvalproduct bij energiewinning uit steenkool - wordt toegepast; een materiaal dat geen conflictstof met het Bouwstoffenbesluit in zich herbergt. 1031546