SE528281C2 - Värmeväxlare - Google Patents

Description

528 281 2 Ännu ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en vänneväxlare med en utfonnning som bidrar till att hälla värmeväxlarens inre fri från smutspartiklar.

Dessutom är syftet med uppfinningen att Värmeväxlaren skall utgöra en ekonomiskt och även miljömässigt fördelaktig investering för en längre användning i de vanliga hushållen.

Sammanfattning av uppfinningen Genom föreliggande uppfinning såsom denna framstår i det oberoende patentkravet, uppfylls ovan angivna syfte. Lämpliga utföringsformer av uppfinning- en anges i de beroende patentkraven.

Uppfinningen avser en värmeväxlare för exv. vatten som medium som då kan placeras under ett duschkar. Värmeväxlaren utnyttjar i denna tillämpning ener- gin i duschens avloppsvatten/spillvatten för att värma upp kallt vatten som går till duschen.

Värmeväxlaren består av ett värmeväxlarhus, i form av en låda, innehål- lande ett värmeväxlarpaket utformat med N stycken sektioner av växlarelement vilka i sin tur består av ett antal platt- eller lamelliknande kanaler för transport av primärmedium. exv. kallvatten som leds till duschens blandararmatur. Kanalemas funktion är att uppta värmen från sekundärmediet som leds runt omkring primär- mediekanalerna. För att utnyttja sekundärmediets, exv. avloppsvattnets, värme- energi maximalt, leds sekundärmediet på ett meanderliknande sätt genom flera g växlarsektioner, där sekundärmediet i varje sektion omströmmar flera parallella plattliknande primärmediekanaler med primärmedium. I de visade utföringsformer- na är N=3, dvs. värmeväxlarpaketet består av tre sektioner av växlarelement. l andra tänkbara utföringsformer kan N vara 1 s N s 10 eller mer.

Värmeväxlaren har upp till 65 % effekt med minimal nedsmutsning inuti värmeväxlarhuset. Nedsmutsningen har, vid gjorda försök, visat sig vara det störs- ta problemet mot god funktion av Värmeväxlaren genom att den även orsakat igenslamning av densamma. För att avhjälpa dessa nedsmutsnings- och igen- slammningsproblem är in-och utloppet i värmeväxlarens hus placerade på den högsta möjliga punkten i en växlarsektion. På detta sätt spolas smutspartiklarna som flyter ovanpå vätskan automatiskt ut och därmed hålls värmeväxlarhuset rent.

När exv. en duschning avslutats stiger de smutspartiklar som är lättare än vatten och som finns i det kvarvarande avloppsvattnet i Värmeväxlaren upp till ytan 20 25 30 528 281 3 i in-och utlopp och spolas bort när nästa duschning påbörjas. Huset är härvid alltid vattenfyllt. För att ytterligare underlätta för smutsen att färdas genom och ut ur värmeväxlarhuset så är taket, dvs. dess övre begränsningsyta, över varje sektion utformad med en bàgform vars högsta nivà är belägen mitt över respektive sektion på värmeväklarhuset. Således är taket över varje sektion format till en konvex ka- nal som följer spillvattenkanalen till dess utlopp, dvs. smutsen färdas på ytan av spillvattnet l det smalare konvexa utrymmet. Smutsen trycks härvid ut av luftbubb- lorna som kommer in ivärmeväxlaren vid nästa duschning. Före spillvattensinlop- pet sitter en tungpartikelfälla i form av ett T-rör där metallspån och tunga partiklar ramlar ner och inte följer med vattnet in i huset.

Det finns tvâ olika flöden av vatten in till och sedan ut ur vänneväxlarhu- set. Sekundärrnedium, eller avloppsvatten, som är varmt och innehåller värme- energi som ska tas tillvara och sedan primärmedlum, eller kallt vatten, som ska bli uppvärmt genom att passera värmeväxlaren och sedan ledas till duschen genom motströmsprincipen. Sekundärmediet leds genom kanaler som är inbyggda i vär- meväxlarhuset och på så sätt hinner det avge tillräckligt mycket med värmeenergi genom kontakt med primärmediekanalerna innan det lämnar huset. Primärmedie- kanaler, som var och en bestàr av tvâ hopfogade plåtar till rektangulära plattlik- nande kanaler, leder kallt vatten genom värmeväxlarhuset. Under denna genom- strömning hinner kallt vatten absorbera värmeenergin av avloppsvattnet som finns runt omkring primärmedlekanalerna/kallvattenkanalerna.

Varje kallvattenkanal innefattar två utbuktande rostfria metall- bläck/metallplattor som är hopfogade och på så sätt bildar en vattenkanal där emellan. Kallt vatten som passerar kallvattenkanalema i värmeväxlarhuset som är fyllt med det ca 35 gradiga spillvattnet hinner bli uppvärmt när metallplattorna har högre temperatur än kallt vatten. Denna värmeutväxlingsprocess kan spara upp till 65% varmvatten i duschen.

Två resultat av användning av föreliggande uppfinning är för det första att en större del av spillvattenenergin àtervinns från en duschning. Det innebär att spillvattnets värmeenergi från ett duschkar används till uppvärmning av kallt vatten som ska gå till duschen. För det andra är fördelen vid användning av denna upp- finning att spillvattentemperaturen minskar rejält och därmed minskar möjligheter- na för tillväxt av högaktiva bakterier i avloppsledningar som kan leda till bl.a. stopp i lokala men även i kommunala avloppsledningar. 10 20 25 30 528 281 Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer nu att beskrivas närmare med hjälp av utföringsex- empel med hänvisning till de bifogade ritningarna där, figur 1 visar en perspektiwy av en värmeväxlare enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 2 visar en toppvy av värmeväxlaren i fig. 1, figur 3 visar en perspektiwy av ett värmeväxlarpaket enligt uppfinningen, figur 4 visar en toppvy av värmeväxlaren ifig. 2 med den övre begräns- ningsytan borttagen, figur 5a visar ett sitt A - A genom värmeväxlaren enligt fig. 2, figur 5b visar ett snitt av en del av en andra utföringsforrn av uppfinningen, figur 6 visar en sidovy av värmeväxlaren med inloppsdon och utloppsdon.

Beskrivning av uppfinningen Figur 1 visar en värmeväxlare 11 innefattande en övre begränsningsyta 12 och en undre begränsningsyta 13 vilka ytor i den visade utföringsformen är sam- manfogade och tillsammans bildar ett värmeväxlarhus VH. Värmeväxlarhuset är försett med ett primärmedieinlopp 14 och ett primärmedieutlopp 15. Vidare är vär- meväxlarhuset försett med ett sekundärmedieinlopp 16 och ett sekundärmedieut- lopp 17. värmeväxlaren fungerar således enligt motströmsprincipen där primär- medieriktningen är markerad med P och sekundärmedieriktningen är markerad med S. Dessutom är värmeväxlaren försedd med en första dränering 18 och en andra dränering 19 båda avsedda för tömning av värmeväxlaren.

Figur 2 visar värmeväxlaren uppifrån varvid den övre begränsningsytan 12 är uppdelad i tre parallella ytsektioner 21, 22, 23. Varje ytsektion är längsträckt i en riktning som sammanfaller med sekundärmediets strömningsriktning inuti vär- meväxlaren. Vidare är värmeväxlarhusets sekundärmediein-/utlopp anordnade vid den högsta nivån av den övre begränsningsytan 12 i huset för att eventuella fly- tande partiklari sekundärrnedlet skall nå utloppet för att bortföras vid användning.

Figur 3 visar ett värmeväxlarpaket VP uppbyggt av tre växlarelement 31, 32, 33 av vilka det tredje växlarelementet 33 år försett med en första anslutning A1 mot primärmedleinloppet och det första växlarelementet 31 är försett med en and- ra anslutning A2 mot primärmedieutloppet. Varje växlarelement är uppbyggt av 20 25 30 528 281 5 elva parallella lameller L i vilka primärmedium är anordnat att strömma. Samtliga lameller L i ett växlarelement är strömningsmässigt anslutna till dels en gemensam ingång l och till en gemensam utgång U så att det första växlarelementet 31 är för- sett med en ingång 31l och en utgång 31 U. På motsvarande sätt är det andra väx- larelementet 32 försett med en ingång 32l och en utgång 32U samt det tredje väx- larelementet en ingång 33l och en utgång 33U. Vart och ett av de tre växlarele- menten är i sin ände anslutet till ett intilliggande element på så sätt att det tredje j växlarelementets 33 utgång 33U är ansluten till det andra växlarelementets 32 in- gång 32l; det andra växlarelementets 32 utgång 32U är ansluten till det första väx- larelementets 31 ingång 31l så att primärrnediet strömmar genom värmeväxlarpa- ketets VP tre växlarelement på ett meanderllknande sätt.

Som dessutom framgår av fig. 3 är en första mellanvägg 35 anordnad mel- lan det första växlarelementet 31 och det andra växlarelementet 32 och en andra mellanvägg 36 anordnad mellan det andra växlarelementet 32 och det tredje väx- larelementet 33. Varje mellanvägg är i sin fria ände försedd med en krökning K med syfte att underlätta riktningsändringar av strömningen för ett omströmmande sekundärrnedium.

Figur 4 visar värmeväxlarpaketet VP monterat i värmeväxlarhuset i dess undre begränsningsyta 13. Mellanväggarna 35, 36 är utformade för att dels anslu- ta mot både den undre begränsningsytan 13 och den övre begränsningsytan dels samverka med sex hållare 41 i värmeväxlarhuset för att fixera dels mellanväggar- na och dels växlarelementen. Mellanväggarnas fria ände med krökningen ansluter mot värmeväxlarhuset medan dess motsatta ände är fäst i ett medieanslutnings- don 43 mellan två intilliggande växlarelement. Dessutom är det tredje växlarele- mentets 33 anslutning A1 kopplad motprimärrnedieinloppet 14 och det första väx- larelementets 31 anslutning A2 kopplad mot primärmedieutloppet 15.

Figur 5a visar i förstoring ett snitt A - A genom värmeväxlaren enligt figur 2 varvid sekundärmedieutloppet 17 visas dels utvändigt dels invändigt varvid ut- loppet är placerat så att sekundärmedium från värmeväxlarhusets VH högsta nivå har fritt tillträde till utloppet, dvs. ingen kant från värmeväxlarhuset skall hindra mediets horisontella strömning längs insidan av husets övre begränsningsyta till sekundärmedieutloppet 17. Vidare visas primärmedieinloppet 14 delvis dolt bakom den första dräneringen 18. Värmeväxlarens andra sida visar den andra dränering- en 19 delvis dold av primärmedieutloppet 15. Figuren visar tydligt de av lameller L 20 30 528 281 6 konstruerade växlarelementen 31, 32, 33 samt medieanslutningsdonet 43 mellan det andra och det tredje växlarelementet 32, 33. Antalet lameller i varje sektion av växlarelementet är K, där 5 s K s 15. l de visade utföringsformerna är K=11. Vär- meväxlarhusets VH övre begränsningsyta 12 är som tidigare nämnts uppdelad i tre parallella ytsektioner 21, 22, 23 var och en utformad med en uppåt/utåt buktan- de bågform så att begränsningsytans 12 högsta nivå är belägen mitt över varje sektion av växlarelement. Det största avståndet mellan lamellernas övre utsträck- ning och den övre begränsningsytan 12 är X mm, där 6 s X s 12 vid respektive sektion. Växlarpaketet för varje sektion är monterat i värmeväxlarhuset med ett avstånd Y mm, där 2 s Y s 5, från värmeväxlarhusets VH undre begränsningsyta 13 mitt under varje sektion. I den ifig. 5a visade utföringsfonnen är den undre be- gränsningsytan helt plan under sektionerna, dvs. växlarelementen 31, 32, 33, men även andra utföringsformer är tänkbara inom ramen för föreliggande uppfinning nämligen att även den undre begränsningsytan 13 är på motsvarande sätt båg- format nedåtbuktande under varje sektion.

Figur 5b visar just en sådan modifiering av den undre begränsningsytan 13 dvs. att ytan har givits en bågform med det största avståndet till lamellerna L mitt under varje växlarelement 31, 32, 33. Växlarpaketets växlarelement för varje sektion är vid denna modifiering monterat i värmeväxlarhuset VH med ett största avstånd Z mm, där 6 s Z s 12, från värmeväxlarhusets VH undre begränsningsyta 13 mitt under varje sektion.

Figur 6 visar en värmeväxlare enligt uppfinningen från sidan varvid dess sekundärrnedieinlopp 16 är försett med ett inloppsdon 61 med en tungpartikelfälla 62. Vidare är värmeväxlarens sekundärmedieutlopp 17 försett med ett utloppsdon 63 innefattande ett vätskelås 64 anordnat så att värmeväxlaren är kontinuerligt fylld med vätska även då vätska inte trycks eller strömmar genom växlaren. Figu- ren visar även primärmedieinloppet 14 och den första dräneringen 18 längs vär- meväxlarens långsida. Det framgår även av figuren att den övre begränsningsytan 12 och den undre begränsningsytan 13 är skâlformigt utförda varvid dessa båda ytor är sammanfogade längs en delningsfals 65 runt omkring hela värrneväxlaren för att bilda värmeväxlarhuset. Även andra utformningar på värmeväxlarhuset än det visade ryms inom ramen för uppfinningen.

Funktionen och utformningen av värmeväxlaren i en tillämpning som duschvärmeväxlare är att värmeväxlaren består av en låda placerad under du- 20 25 30 528 281 7 schens/badkarets golv, där sekundärmediet utgörs av avloppsvattnet från du- schen/badkaret vilket leds genom denna låda till golvbrunnen. Kallvattenkanalen som normalt är ansluten till duscharmaturen, ansluts till lådans primärmedieinlopp varvid kallvatten passerar igenom värmeväxlarpaketet till dess primärmedieutlopp och vidare till duscharrnaturens kallvattenanslutning. Genom att avloppsvatt- net/spillvattnet härvid omströmmar värmeväxlarpaketet och dess lameller i vilka kallvatten strömmar kommer kallvattnet till duscharmaturen att uppvärrnas av det ca 35-gradiga spillvattnet i lådan. värmeväxlarhuset har vidare självrensande egenskaper genom att placer- ingen av inloppet och utloppet för sekundärmediet, exv. avloppsvattnet, har valts pâ den högsta möjliga punkten av làdan. Härvid har värmeväxlaren blivit nästan helt underhållsfri. l duschtillämpningen av värmeväxlaren har hänsyn tagits till vattenström- men genom värmeväxlarens kallvattenkanaler (lameller), dvs genom värmeväxlar- paketet. Härvid har avståndet mellan lamellerna anpassats beroende på värme- . våxlarens genomströmningshastighet för att förhindra att smutspartiklar fastnar där. Den fria passagen mellan, över och under lamellerna tillåter smutspartiklar att passera med lätthet mellan sekundärmedieinlopp och sekundärrnedieutlopp utan att fastna vare sig på värmeväxlarhusets eller lamellemas ytor pà väg genom väx- laren och ut i det konventionella avloppet.

Samtliga kanaler för vätsketransport och alla andra delar i vänneväxlaren är gjorda av ett korrosionsfritt material för att bibehålla en glatt yta för vätske- strömningen. Den övre begränsningsytans utåt krökta konvexa form längs sekun- därmediekanalen underlättar smutspartiklarnas färd genom värmeväxlaren.

Genom att välja ett tunnare material för tillverkning av lamellerna än till värmeväxlarhuset skapar detta extra utrymme för att få ut mera effekt ur värme- växlaren jämfört med det lilla utrymmet den tar i anspråk. Det tunna materialet till lamellerna har skapat extra utrymme så att fler sådana lameller får plats i samma sektion och således i samma växlarpaket. Detta har skapat högre effektivitet med bibehållen prímärmedieströmning. Även energiutväxlingen har också utökats tack vare denna egenskap.

I Värmeväxlarens sekundärmediein- resp. utlopp som sitter på den övre begränsningsytan är vridbar. Detta underlättar montering av värmeväxlaren i små utrymmen, exv. under ett duschkar. i 10 20 25 30 528 281 8 . Eftersom värmeväxlaren alltid är full med vätska genom att vara försedd med ett vätskelàs och vätska i växlaren har hunnit få en temperatur motsvarande omgivningen, exv. cirka 20 grader för duschapplikationen, kan man redan från bör- jan av en vätskegenomströmning få värmeutväxling inne iväxlaren.

För exempelvis tillämpning av vatten som medium vid en duschapplikation är avloppsvattnets in- och utlopp placeras på lådans högsta punkt. Detta för att smutspartiklar såsom tvål, hudrester etc. i avloppsvattnet stiger uppåt under duschningen och följer med ut ur lådan genom utloppet. Om utloppet hade place- rats lägre pà lådan så skulle föroreningarna stanna kvar i lådan och ha minimal möjlighet att följa med avloppsvattnet ut och då skulle lådan komma att slamma igen eller kräva demontering och rengöring av lådan med jämna mellanrum. Om man istället har en utformning av lådan som leder ut avloppsvattnet genom locket (högsta punkten på lådan) får man en automatisk rengöring av lådan. Även efter avslutad duschning stiger smutsen i det kvarvarande vattnet upp och stannar på vattnets högsta punkt dvs. vid in- och utlopp. Lådan är alltid vattenfylld så att smutsen i avloppsvattnet inte kan torka fast. Samtidigt erhålles en vattenlåsmeka- nism som förhindrar luktutsläpp och ersätter ett eventuellt vattenlås iduschkaret.

Lådans förhållandevis låga vattenvolym, ca 7 liter, medför bl.a. fördelarna att det sista sköljvattnet efter att man duschat av sig tvàlen hinner spolas ut ur lådan in- nan man blir klar med duschningen. Det spillvatten som stannar kvar i lådan efter en duschning är härvid ganska rent vatten. Lådans maximala effekt uppnås gans- ka snabbt tack vare den lilla varmvattenmängd som behövs för ett vattenbyte i lå- dan.

En bidragande orsak till värmevåxlarens rengörande effekt är den breda konvexa formen på den övre begränsningsytans insida som följer sekundärmedie- strömmen från inlopp till utlopp. All smuts samlas på undersidans högsta punkt och förs ut ur värmeväxlaren. De smutspartiklar som blir kvar efter sekundärme- dieströmningens upphörande förs uti början vid nästa sekundärmedieströmnings början av vätskebubblorna som kommer in genom sekundärmedieinloppet.

För att få energi ur lådan direkt när man börjar duscha är lådan fylld med spillvatten som håller som lägst rumstemperatur.

En tungpartikelfälla i form av ett T-rör är anslutet före sekundärmediein- loppet där metallspån och tunga partiklar ramlar ner och därigenom hindras att komma in i värmeväxlaren. 528 281 9 Hela värmeväxlaren är tillverkad i syrafast stàl och kan därför rengöras med vilka rengöringsmedel som helst.

Claims (10)

20 25 30 528 281 10 PATENTKRAV

1. Värmeväxlare (11) innefattande ett värmeväxlarhus (VH) med en övre be- gränsningsyta (12) och en undre begränsningsyta (13), ett i huset anordnat inlopp (16) för ett sekundärmedium och ett i huset anordnat utlopp (17) för nämnda se- kundärrnedium, ett i huset helt inneslutet värmeväxlarpaket (VP) med ett inlopp (14) och ett utlopp (15) för ett primärmedium vilket värmeväxlarpaket (VP) är an- ordnat med N stycken sektioner av växlarelement (31, 32, 33) varvid varje sektion består av K, där 5 s K s 15 stycken långsträckta parallella plattformade primärme- diekanaler (L) vilka vid sina ändar är sammankopplade endera genom en överfö- ringskanal (43) för anslutning mot intilliggande sektion eller anslutna till in- lopp/utlopp (14, 15) för införsel/utförsel av primärmedium till/från värmeväxlarpake- tet (VP), kännetecknad av att värmeväxlarhusets (VH) övre begränsningsyta (12) över varje sektion av växlarelement (31, 32, 33) är utformad med en bàgform vars högsta nivå är belägen mitt över respektive sektion och att sekundärmediets in- lopp (16) är beläget vid den första sektionens bàgformade övre begränsningsytas (12) högsta nivå samt att sekundärmediets utlopp (17) är beläget på den sista, N:te, sektionens bågformade övre begränsningsytas (12) högsta nivå.

2. Värmeväxlare enligt kravet 1, kännetecknad av att värmeväxlarpaketet (VP) för varje sektion N är monterat i värmeväxlarhuset (VH) i anslutning till en plan undre begränsningsyta (13) med ett avstånd Y mm, där 2 s Y s 5, från den undre begränsningsytan (13).

3. Värrneväxlare enligt kravet 1, kännetecknad av att värmeväxlarpaketet (VP) för varje sektion N är monterat i värmeväxlarhuset (VH) i anslutning till en bâgformad undre begränsningsyta (13) med ett största avstånd Z mm, där 6 s Z s 12, från den undre begränsningsytan (13).

4. Värmeväxlare enligt kravet 3, kännetecknad av att värmeväxlarhusets (VH) undre begränsningsyta (13) under varje sektion är utformad med en bågfonn vars lägsta nivå är belägen mitt under respektive sektion. 20 25 528 281 11

5. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att värmeväx- larpaketet (VP) för varje sektion N är monterat i värmeväxlarhuset (VH) med ett största avstånd X mm, där 6 s X s 12, från värmeväxlarhusets (VH) övre begräns- ningsyta (12) vid respektive sektion.

6. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att värmeväx- Iarhuset (VH) är indelat i N stycken utrymmen vilka avgränsas från varandra av mellanväggar (35, 36) vilka är anslutna mot värmeväxlarhusets (VH) innerytor längs tre av sina sidokanter för att bilda en meanderforrnad sekundärmediekanal genom värmeväxlaren (11) varvid en sektion av vårmeväxlarpaketet (VP) är belä- gen i varje utrymme.

7. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att till sekun- därmedieinloppet (16) är anslutet ett inloppsdon (61) försett med en tungpartikel- fälla (62).

8. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att till sekun- därmedieutloppet (17) är anslutet ett utloppsdon (64) försett med ett vätskelås (64) anordnat så att värmeväxlaren är permanent fylld med sekundärmedium.

9. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att både pri- märrnediet och sekundärmediet består av vatten.

10. Värmeväxlare enligt något av kraven 1-9, kännetecknad av att sekun- därmediet utgörs av avloppsvatten från en dusch och att primärmediet utgörs av kallvatten till nämnda dusch.