SE538978C2 - Värmeväxlare - Google Patents

Description

VÄRMEVÄXLARE Teknikområde Föreliggande uppfinning hänför sig till en värmeväxlare och ett system för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten.

Bakgrund till uppfinningen Med ökande krav på energieffektiva byggnader och resurssnålt boende har mycket gjorts för att förbättra byggnader utan att negativt påverka kvaliteten hos inomhusklimatet. Man har installerat värmepumpar, återvinningssystem för ventilation, nya och bättre styrsystem för styrning och uppföljning, samt bättre byggmaterial och byggsystem. På så sätt har man fått bukt med energiförbrukning som består av transmissionsförluster genom klimatskal, ventilationsförluster (frivilliga och ofrivilliga) samt övriga sammanslagna förluster.

Förbrukning av vatten är en förlustkälla som är svår att hantera och har tidigare stått för en försumbar del av energiförbrukningen. Numera finns det dock ett behov av minskning av förluster orsakade av vattenförbrukning.

En del har gjorts inom detta område i form av snålspolande duschar, kranar och toaletter samt isolering av installationer etc. men återstående förbrukning är svåråtkomlig och kräver någon form av återvinning av avloppsvatten.

Det finns ett antal lösningar som har olika problem antingen rent tekniska eller effektivitetsmässiga. Värmeväxlare för placering som ett golv i duschen där inkommande vatten växlas mot utgående har problem med inbyggnad samt godkännande enligt branschregler, dessutom återvinns bara vatten vid duschning. Stående växlare finns men har en konstruktion som antingen inte lämpar sig för större flöden eller har en dålig verkningsgrad. Det finns således behov för minskning av förluster orsakade av vattenförbrukning.

Sammanfattning av uppfinningen Med ovanstående i beaktande är det ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma en värmeväxlare och ett system för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten.

För uppnående av detta ändamål, och även andra ändamål som kommer att framgå av den efterföljande beskrivningen, anvisas i enlighet med föreliggande uppfinning en värmeväxlare och ett system i enlighet med respektive självständigt krav. Utföringsformer av värmeväxlaren och systemet framgår av de osjälvständiga patentkraven samt av den följande beskrivningen och ritningarna.

Närmare bestämt anvisas i enlighet med föreliggande uppfinning en värmeväxlare för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten innefattande ett ytterrör, ett innerrör för avloppsvatten, och ett styrorgan, varvid nämnda innerrör är anordnat i nämnda ytterrör så att ett mellanrum bildas mellan nämnda innerrör och nämnda ytterrör, och varvid nämnda styrorgan är anordnat i nämnda mellanrum och är anordnat att styra ett medium i en spiralformig rörelse runt innerröret så att värmeenergi från nämnda avloppsvatten avges till nämnda medium, varvid nämnda innerrör ha ett inlopp för nämnda avloppsvatten i en övre del av nämnda innerrör och ett utlopp för nämnda avloppsvatten i en undre del av nämnda innerrör, varvid kanten hos nämnda inlopp och/eller utlopp hos nämnda innerrör har minst ett utskott som skjuter ut parallellt med innerrörets cemtrumlinje och som är anordnat i en flödesriktning hos nämnda innerrör.

Den uppfinningsenliga värmeväxlaren säkerställer att värmeenergi avges från avloppsvattnet till mediet med hög verkningsgrad. Eftersom mediet har direktkontakt med innerörets utsida blir värmegenomföringen mycket god. Att styrorganet styr mediet i en spiralformig rörelse är fördelaktigt eftersom mediet transporteras en lång sträcka i mellanrummet mellan inner- och ytterröret vilket ger en lång kontakttid med innerröret och därmed en ökad verkningsgrad. Vidare drar den uppfinningsenliga värmeväxlaren fördel av Coandaeffekten i att avloppsvattnet fördelar sig jämnt över en inneryta hos innerröret vilket bidrar till värmeenergiöverföringen. Den uppfinningsenliga värmeväxlaren är flexibel i form av längd, anslutningsdimension samt variabla flödesegenskaper i kombination med låga underhållskostnader vilket gör den lämplig till ett flertal användningsområden. Exempelvis kan längden hos värmeväxlaren, lindningsavståndet hos styrorganet samt avståndet mellan inner- och ytterröret varieras och anpassas efter hur stora flöden av avloppsvatten som kommer att hanteras. Hög verkningsgrad kan uppnås eftersom värmeväxlaren kan anpassas så att mycket goda förhållanden föreligger. Att nämnda innerrör ha ett inlopp för nämnda avloppsvatten i en övre del av nämnda innerrör och ett utlopp för nämnda avloppsvatten i en undre del av nämnda innerrör är fördelaktigt eftersom en motströmsvärmeväxlare bildas vilken har hög verkningsgrad. Utskottet medverkar till att en springa uppstår mellan avloppsrör och värmeväxlaren. Detta är fördelaktigt dels för att det kompenserar för små avvikelser då avloppsröret ej är monterat i lod samt medverkar även till att avloppsvattnet, då det når den springan, får hjälp att snabbt fördelas jämt över ytan.

Enligt en utföringsform kan nämnda innerrör och nämnda ytterrör vara monterade parallellt med vertikalplanet.

En sådan utföringsform är fördelaktig eftersom då flödar avloppsvattnet parallellt med vertikalplanet.

Enligt en utföringsform kan nämnda innerrör vara centrerat i nämnda ytterrör. Det är fördelaktigt eftersom det bidrar till en god verkningsgrad då avloppsvattnet flödar centrerat i innerröret.

Enligt en utföringsform kan nämnda ytterrör ha ett inlopp för nämnda medium i en nedre del av nämnda ytterrör och ett utlopp för nämnda medium i en övre del av nämnda ytterrör. Detta är fördelaktigt eftersom en motströmsvärmeväxlare bildas vilken har hög verkningsgrad.

Enligt en utföringsform kan nämnda innerrör vara av koppar. Detta är fördelaktigt eftersom värmeöverföringen hos koppar är mycket god. Vidare motverkar koppar att kiselalger och liknande skall få fäste och därmed försämra värmeöverföringen över tid. Detta bidrar till låga underhållskostnader.

Enligt en utföringsform kan nämnda ytterrör vara av minst en av koppar, stål eller rostfritt stål. Stål och rostfritt stål har fördelen att det är billigt.

Enligt en utföringsform kan nämnda styrorgan vara ett rör lindat runt nämnda innerrör. Detta är fördelaktigt eftersom man kan montera avloppsvärmeväxlaren genom att löda röret på innerröret och därefter skjuta ytterröret på plats över innerröret och det på innerröret lindade och lödda röret. Trots den relativt stora kraft som behövs för att skjuta ytterröret på plats torde röret förbli i sitt läge.

Enligt en utföringsform kan nämnda styrorgan vara av minst en av koppar, aluminium eller rostfritt stål. Vidare kan nämnda styrorgan vara av något material som tål färskvatten.

Enligt en utföringsform kan nämnda medium vara vatten. Detta är fördelaktigt eftersom vatten har många tillämpningar.

Vidare anvisas i enlighet med föreliggande uppfinning ett system för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten innefattande den uppfinningsenliga värmeväxlaren enligt någon av ovanstående utföringsformer och minst en av en vattenklosett, en varmvattenberedare anordnad att värma vätska till en förutbestämd temperatur, och en dusch-, kök- eller badrumsblandare varvid nämnda medium är vatten. Detta är fördelaktigt då värmeväxlaren kan förse vattenklosetten, varmvattenberedaren, och dusch-, kök- och badrumsblandarna med uppvärmt vatten.

Enligt en utföringsform kan systemet innefatta en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda varmvattenberedare. Detta är fördelaktigt då varmvattenberedaren inte måste arbeta lika mycket eftersom vattnet redan är uppvärmt av värmeväxlaren.

Enligt en utföringsform kan systemet innefatta en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda vattenklosett. Detta är fördelaktigt då utomhustemperaturen är låg och byggnaden som vattenklosetten befinner sig i ska värmas. Inkommande kallvatten förvärms av utgående avloppsvatten, vilket innebär att energi sparas eftersom behovet av ny energi för uppvärmning av vattnet i vattenklosetten minskar.

Enligt en utföringsform kan systemet innefatta en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda duschblandare, varvid nämnda duschblandare är anordnad att blanda nämnda vatten med vatten från nämnda varmvattenberedare.

Enligt en utföringsform kan systemet innefatta en ledning för att leda vatten från nämnda varmvattenberedare till nämnda dusch-, kök- eller badrumsblandare, varvid nämnda dusch-, kök- och badrumsblandare är anordnade att blanda vatten med vatten från nämnda värmeväxlare.

Generellt sett ska alla termer som används i kraven tolkas i enlighet med deras normala betydelse inom teknikområdet, så tillvida de ej uttryckligen har definierats på annat sätt häri. Alla hänvisningar till "en/ett/-et/- en [element, anordning, komponent, organ etc.]" ska tolkas öppet såsom hänvisande till åtminstone en av nämnda element, anordning, komponent, organ etc, såtillvida ej uttryckligen sägs annat. Stegen i alla metoder visade häri måste ej utföras i exakt den visade följden, såtillvida ej uttryckligen sägs så.

Kort beskrivning av ritningarna Härefter kommer utföringsformer av föreliggande uppfinning att beskrivs i exemplifierande syfte under hänvisning till de medföljande ritningarna, vari: Fig 1 visar en snittvy av den uppfinningsenliga värmeväxlaren.

Fig 2 visar en schematisk vy över ett uppfinningsenligt system för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten.

Detaljerad beskrivning Den uppfinningsenliga värmeväxlaren bygger på idén om att spara energi genom att använda värmeenergi i avloppsvatten för att förvärma vatten avsett att användas för exempelvis bad, dusch, disk, tvätt, och toalettspolning. För att uppnå önskad temperatur behöver det förvärmda vattnet därefter eventuellt blandas med vatten av ännu högre temperatur. Detta vatten med ännu högre temperatur kan ha värmts upp av exempelvis en varmvattenberedare. Det av varmvattenberedaren uppvärmda vattnet kan vara från värmeväxlaren förvärmt vatten som därefter har värmts upp av varmvattenberedaren.

Fig 1 visar en snittvy av den uppfinningsenliga värmeväxlaren. Värmeväxlaren 100 har ett innerör 110 och ett ytterrör 120. Innerröret 110 är anordnat centrerat inuti ytterröret 120. Innerröret 110 är till för att leda avloppsvatten. Avloppsvattnet leds nedåt i bilden och fås att strömma medelst gravitationen.

Ett mellanrum 130 bildas mellan innerröret och ytterröret. I mellanrummet 130 löper ett styrorgan 140. Styrorganet är till för att styra ett medium i en spiralformig rörelse runt innerröret. När ett medium leds runt innerröret och avloppsvatten strömmar i innerröret kan värmeenergi från avloppsvattnet avges till mediet.

Mediet är företrädesvis vatten. Detta vatten kan vara kallvatten avsett för bad, dusch, disk, tvätt, toalettspolning och bevattning.

I en övre del hos innerröret 110 finns ett inlopp 112 för avloppsvatten och i en undre del hos innerröret 110 finns ett utlopp 114 för avloppsvatten. I en utföringsform, såsom visas i Fig. 1, omsluter inte ytterröret 120 hela innerröret 110. Detta är fördelaktigt då det underlättar sammankopplingen av värmeväxlaren 100 med befintligt avloppsrör.

Kanten hos inloppet 112 och/eller utloppet 114 har ett utskott 116. Utskottet 116 skjuter ut parallellt med innerrörets centrumlinje. Utskottet 116 underlättar montering av värmeväxlaren 100 då det kompenserar för eventuella ojämnheter vid itusågningen av det befintliga avloppsröret. Det skapar även en springa som underlättar en snabb fördelning av avloppsvattnet över innerytan. Springan underlättar en snabb fördelning av avloppsvattnet över innerytan. Vidare gör springan som skapats att en viss ställmån skapas för att kompensera montage i lod av värmeväxlaren. Springan blir som en fals som vattnet rinner ned i, och snabbt fördelas i, och eftersom värmeväxlaren ska vara monterad i lod kommer sedan vattnet att rinna över kanten jämnt över röret.

I en utföringsform har värmeväxlaren inga utskott utan värmeväxlaren monteras så att en springa uppstår när värmeväxlaren monteras i lod.

När den uppfinningsenliga värmeväxlaren 100 ska monteras sågas en bit bort hos ett befintligt avloppsrör. Innerrörets 110 inlopp 112 och utlopp 114 fås att möta kanterna hos det befintliga avloppsröret. Eftersom det är svårt att såga det befintliga avloppsröret exakt jämnt kompenserar utskotten 116 för detta så det går att vrida till värmeväxlaren 100 så att den ändå är anordnad parallellt med vertikalplanet och gravitationsfältet. Två tätningar (inte visade) kan därefter monteras över det befintliga avloppsrörets kanter och innerrörets 110 inlopp 112 och utlopp 114. Dessa tätningar kan exempelvis vara en grov slangbit eller gummibit som kläms på plats med slangklämmor.

Ytterröret 120 har ett inlopp 122 i dess nedre del samt ett utlopp 124 i dess övre del. Inloppet 122 leder in i ett utrymme som bildas mellan styrorganet 140, innerrörets 110 utsida och ytterrörets 120 insida. Inloppet 122 och utlopp 124 kan exempelvis vara rörformiga. Inloppet 122 är till för att in i värmeväxlaren leda det medium ska som förvärmas.

Som framgår är avloppsvattnet avsett att ledas parallellt med gravitationen och nedåt i Fig. 1, se riktningspil 150 och 151. Mediet som ska förvärmas är avsett att ledas uppåt i Fig. 1 i en spiralformig rörelse, se riktningspilar 160 och 165 som visar när mediet leds in i respektive ut ur värmeväxlaren. Således bildas en motströmsvärmeväxlare.

Styrorganet 140 kan, såsom visas i Fig. 1, var ett rör som är lindat runt innerröret 110. Styrorganet lödas då exempelvis fast på innerröret. Därefter anordnas ytterröret runt innerröret. Exempelvis dras ytterröret utanpå innerröret och styrorganet. Alternativt är ytterröret delat i två delar som anordnas runt innerröret och styrorganet och därefter svetsas ihop.

I en utföringsform är styrorganet utformat som en l-balk i miniatyr som lindas runt inneröret. Detta utförande är materialbesparande och kan tillverkas genom att ytterröret monteras i två halvor som svetsas ihop med i flödesriktningen längsgående fogar.

Den uppfinningsenliga värmeväxlaren är avsedd att monteras i någon form av hushåll. Det kan exempelvis vara i ett flerbostadshus, en kontorsfastighet, en villa, ett radhus, eller kedjehus. Värmeväxlaren skulle också kunna monteras i en båt, en husvagn, eller husbil. Eftersom Värmeväxlaren använder avloppsvatten behöver den monteras under avloppsinlopp i hushållet. Värmeväxlaren monteras alltså företrädesvis under betjänat utrymme, i källare eller i schakt. I flerhushållshus, exempelvis flerbostadshus, kan en eller flera uppfinningsenliga värmeväxlare anordnas.

Medium som leds från den uppfinningsenliga värmeväxlaren benämns häri ibland som förvärmt vatten.

Fig. 2 visar en schematisk vy över ett uppfinningsenligt system för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten. Systemet 200 innefattar en uppfinningsenlig värmeväxlare 100. Fig. 2 visar närmare bestämt en förslagen koppling för ett badrum. Värmeväxlaren 100 är kopplad så att spillvatten 151 flödar in i värmeväxlarens 100 topp och flödar ut ur värmeväxlarens 100 botten. Spillvattnet 150 som flödar ut ur värmeväxlaren 100 är avkylt jämfört med det spillvatten 151 som flödar in i värmeväxlaren 100.

Kallvatten 160 leds in i värmeväxlaren 100 och förvärms av värmeväxlaren 100 genom värmeutväxlingen med spillvattnet. Det förvärmda kallvattnet 165 leds sedan vidare till varmvattenberedaren 210, vattenklosetten 220, dusch/bad 230 samt en badrumsblandare 240. Det förvärmda kallvattnet 165 håller en temperatur i intervallet ca 8-50C. Vilken temperatur det förvärmda kallvattnet 165 har beror på hur mycket det värms i värmeväxlaren 100. Hur mycket kallvattnet 160 värms i värmeväxlaren 100 beror i sin tur på hur mycket spillvatten 151 som leds in i värmeväxlaren 100 och vilken temperatur spillvattnet 151 håller.

I varmvattenberedaren 210 värms det förvärmda kallvattnet 165 ytterligare tills det når en förutbestämd temperatur. Den förutbestämda temperaturen kan exempelvis vara 55C. Det till den förutbestämda temperaturen uppvärmda vattnet benämns häri med varmvatten 170. Varmvattnet 170 leds till duschblandaren 230 och badrumsblandaren 240. Duschblandaren 230 kan exempelvis vara anordnad i ett badkar eller i en dusch. Badrumsblandaren 240 kan exempelvis vara anordnad i en vask i badrummet.

Duschblandaren 230 blandar varmvattnet 170 med det förvärmda kallvattnet 165 i enlighet med vad som bestäms av användaren. Om exempelvis det förvärmda kallvattnet 165 håller en temperatur i den högre delen av intervallet så behöver mindre del varmvatten 170 tillsättas.

Badrumsblandaren 240 blandar varmvattnet 170 med det förvärmda kallvattnet 165 i enlighet med vad som bestäms av användaren. Om exempelvis det förvärmda kallvattnet 165 håller en temperatur i den högre delen av intervallet så behöver mindre del varmvatten 170 tillsättas.

I en utföringsform har badrumsblandaren 240 även en inkoppling för kallvatten. Denna är fördelaktig då användaren exempelvis vill ha dryckesvatten eller vatten för tandborstning. I en utföringsform, istället för en inkoppling för kallvatten, har vasken en separat kran för kallvatten.

Om exempelvis någon duschar så flödar vattnet ut i badrummets avlopp och leds till värmeväxlaren 100. I värmeväxlaren 100 värmer vattnet upp kallvatten 160 som leds upp till duschblandaren 230. Ju längre tid personen duschar, desto mindre varmvatten 170 behöver tillföras.

Det ska noteras att som ett alternativ till varmvattenberedare kan central beredning av varmvatten ske via exempelvis fjärrvärmeväxlare.

Det inses följaktligen att föreliggande uppfinning inte är begränsad till de beskrivna utföringsformerna. Flera modifieringar och variationer är tänkbara, varför uppfinningens omfattning uteslutande definieras av de bifogade kraven.

Claims (13)

1. En värmeväxlare (100) för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten innefattande ett ytterrör (120), ett innerrör (110) för avloppsvatten, och ett styrorgan (140), varvid nämnda innerrör är anordnat i nämnda ytterrör så att ett mellanrum (130) bildas mellan nämnda innerrör och nämnda ytterrör, varvid nämnda styrorgan är anordnat i nämnda mellanrum och är anordnat att styra ett medium i ett utrymme som bildas mellan styrorganet, en utsida hos inneröret och en insida hos ytterröret, i en spiralformig rörelse runt innerröret så att värmeenergi från nämnda avloppsvatten avges till nämnda medium, varvid nämnda innerrör har ett inlopp (112) för nämnda avloppsvatten i en övre del av nämnda innerrör och ett utlopp (114) för nämnda avloppsvatten i en undre del av nämnda innerrör, varvid kanten hos nämnda inlopp och/eller utlopp hos nämnda innerrör har minst ett utskott (116) som skjuter ut parallellt med innerrörets centrumlinje och som är anordnat i en flödesriktning hos nämnda innerrör.

2. Värmeväxlaren enligt krav 1, varvid nämnda innerrör och nämnda ytterrör är monterade parallellt med vertikalplanet.

3. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda innerrör är centrerat i nämnda ytterrör.

4. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda ytterrör har ett inlopp (122) för nämnda medium i en nedre del av nämnda ytterrör och ett utlopp (124) för nämnda medium i en övre del av nämnda ytterrör.

5. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda innerrör är av koppar.

6. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda ytterrör är av minst en av koppar, stål eller rostfritt stål.

7. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda styrorgan är ett rör lindat runt nämnda innerrör.

8. Värmeväxlaren enligt något av föregående krav, varvid nämnda medium är vatten.

9. Ett system (200) för återvinning av värmeenergi ur avloppsvatten innefattande en värmeväxlare (100) enligt något av kraven 1-8 och minst en av en vattenklosett (220), en varmvattenberedare (210) anordnad att värma vätska till en förutbestämd temperatur, och en dusch-, kök- eller badrumsblandare (230, 240), varvid nämnda medium är vatten.

10. Systemet enligt krav 9, innefattande en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda varmvattenberedare.

11. Systemet enligt krav 9, innefattande en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda vattenklosett.

12. Systemet enligt något av kraven 9-11, innefattande en ledning för att leda vatten från nämnda värmeväxlare till nämnda duschblandare, varvid nämnda duschblandare är anordnad att blanda nämnda vatten med vatten från nämnda varmvattenberedare.

13. Systemet enligt något av kraven 9-12, innefattande en ledning för att leda vatten från nämnda varmvattenberedare till nämnda dusch-, kök- eller badrumsblandare, varvid nämnda dusch-, kök- och badrumsblandare är anordnade att blanda nämnda vatten med vatten från nämnda värmeväxlare.