WO2011138011A2 - Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung - Google Patents

Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2011138011A2
WO2011138011A2 PCT/EP2011/002201 EP2011002201W WO2011138011A2 WO 2011138011 A2 WO2011138011 A2 WO 2011138011A2 EP 2011002201 W EP2011002201 W EP 2011002201W WO 2011138011 A2 WO2011138011 A2 WO 2011138011A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
wall
heat
return
heat exchange
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/002201
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011138011A3 (de
Inventor
Thomas Uhrig
Original Assignee
Uhrig Kanaltechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uhrig Kanaltechnik Gmbh filed Critical Uhrig Kanaltechnik Gmbh
Priority to EP11720379A priority Critical patent/EP2567170A2/de
Publication of WO2011138011A2 publication Critical patent/WO2011138011A2/de
Publication of WO2011138011A3 publication Critical patent/WO2011138011A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0012—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from waste water or from condensates
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C1/00—Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
    • E03C2001/005—Installations allowing recovery of heat from waste water for warming up fresh water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/56—Heat recovery units

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger device, a use of a heat exchanger device for forming a heat exchanger assembly and a heat exchanger assembly.
  • One aspect of the present invention relates to a heat exchange device for introduction into a sewage pipeline extending along a longitudinal direction L comprising:
  • a heat exchanger wall made of a rigid, heat-conducting material with
  • a sewage side which is designed to contact with sewage
  • an outer side which is designed to face the sewage pipeline inner wall and to be arranged, at least in regions, directly or indirectly in contact with the sewage pipeline inner wall,
  • heat exchanger wall forms the inner wall of a tubular body
  • heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall are at least partially spaced apart such that between the heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall partially a heat exchanger chamber is formed
  • the heat exchange chamber is connectable by means of a flow and a return to the outside, wherein the flow and the return are arranged on the heat exchanger wall.
  • the heat exchanger device is adapted to be introduced into a sewage pipeline, wherein the sewage pipeline extends substantially along the longitudinal direction L and wherein the waste water flows in the sewage pipeline substantially along the longitudinal direction L.
  • the longitudinal direction L is parallel to the cylinder axis.
  • Introduction according to the invention comprises both the subsequent introduction along the longitudinal direction L into an existing sewage pipeline and the production or formation of a sewage pipeline or a sewage pipeline element including the heat exchanger device.
  • the heat exchanger device may be at least partially surrounded by the material of the sewage pipeline.
  • the heat exchanger device may at least partially be concreted in, wherein the wastewater side, which is designed to contact with wastewater, remains substantially free of concrete.
  • the heat exchanger device by means of the formed by the heat exchanger wall inner wall of the tubular body itself at least partially forms the sewage pipeline or sewage piping inner wall.
  • the formed tubular body of the inner wall and / or the heat exchanger chamber wall is formed pressure-tight.
  • the heat exchange device may advantageously be positioned in direct contact with the surrounding soil, with the further sewage pipeline extending upstream and downstream.
  • a sewage pipeline can be at least partially replaced by the heat exchanger device, which can be replaced, for example, easily clean wastewater pipelines and thus rehabilitated.
  • the heat exchanger device is further designed so that the waste water is in contact, i. at least in thermal contact, with the waste water side of the heat exchanger wall, which is formed of a thermally conductive rigid material, preferably a metal and in particular a corrosion-resistant stainless steel.
  • the thermal contact refers to the transition of heat energy from the wastewater into the heat exchanger wall and vice versa.
  • the contact may comprise, in addition to a thermal contact, in particular a direct wetting of the heat exchanger wall by wastewater.
  • the heat exchanger wall forms the inner wall of a tubular body, i. the wastewater can be passed through the closed tubular body.
  • the heat exchange device is configured to form, by means of the heat exchanger wall, an inner heat exchanger pipeline within the sewage pipeline, through which the wastewater is then passed.
  • the heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall are preferably arranged at such a distance from one another that the inside of the heat exchanger wall lies opposite the inside of the heat exchanger chamber wall. Between the inner sides of the heat exchanger wall and the choir (2004)terrorism the heat exchanger chamber is formed.
  • the heat exchanger chamber can be charged via the feed with a heat exchange medium (for example water) and emptied via the return line. That is, the heat exchange chamber is hydraulically connectable to the exterior by means of the flow and the return and otherwise substantially fluid-tight or waterproof with respect to the exterior.
  • the exterior may be, for example, the surrounding atmosphere.
  • the exterior may comprise the volumes enclosed by conduits, other heat exchangers or heat pumps.
  • the exterior may be an external volume hydraulically communicating via the flow or return with the volume of the heat exchange chamber, the external volume not contacting the heat exchange chamber wall or being at least partially enclosed by the heat exchange chamber wall.
  • the inside of the heat exchanger wall is designed to at least partially contact with the heat exchange medium, i. at least thermally contact, so that the wastewater indirectly via the heat exchanger wall with the heat exchange medium can be brought into thermal contact.
  • the wastewater is preferably not thermally contacted by means of politicianstauscherhuntwandung with the heat exchange medium. Therefore, the heat exchanger chamber wall may preferably be formed of a thermally insulating material, for example of plastic.
  • the heat exchange medium by means of a thermally insulating heat exchanger chamber wall opposite the
  • Wastewater pipeline can be thermally insulated.
  • the heat exchanger chamber wall is at least partially spaced from the sewage pipeline can be arranged, so that the heat exchange medium and the sewage pipeline are advantageously further thermally decoupled.
  • the heat exchanger wall is formed substantially as a cylindrical tube.
  • the feed line connected to the feed line and the return line connected to the return line can be wetted by the waste water which flows in the tube formed by the heat exchanger wall. Therefore, the lines are particularly preferably formed of a corrosion-resistant material, such as stainless steel or plastic.
  • substantially may describe a deviation from a desired direction, in particular a deviation within the manufacturing accuracy and / or within the necessary accuracy, so that an effect is maintained, as it is present in the desired direction "may therefore include a directional deviation of less than about 20 degrees, less than about 10 degrees, less than about 5 degrees, preferably less than about 1 degree, from a desired direction.
  • the term “essentially” encompasses the term “identical”, ie, "without deviation from a desired direction.”
  • the supply and the return are arranged in the region of the sewage piping ridge, Advantageously, this arrangement ensures better venting.
  • the efficiency of the heat exchanger apparatus is increased because the poorly heat-conductive gases can be reliably removed from the heat exchanger apparatus ,
  • the flow and / or the return are arranged on the heat exchanger chamber wall.
  • a supply line connected to the supply line and a return line connected to the return line are preferably in the area between the Heat exchanger chamber wall and a sewage pipe inner wall can be arranged.
  • the flow and return lines are spatially separated from the effluent by the tubular heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall.
  • corrosive chemicals contained in the wastewater can not corrode the flow and return line and items entrained in the wastewater do not get caught on these lines.
  • the heat exchanger chamber wall is partially flat and is preferably used as a support of the flow line and / or the return line.
  • the flow and / or the return can be arranged at a distance from the heat exchanger chamber wall. More preferably, the flow and / or the return may be substantially completely enclosed by the material (e.g., concrete) from which the sewage pipeline is formed.
  • the heat exchanger chamber wall and the heat exchanger wall may be formed substantially cylindrical.
  • the heat exchanger device further comprises a protective element, wherein the protective element with two opposite ends thereof contacted with the heat exchanger wall, so that supply and return are arranged between the protective element and the heat exchanger wall.
  • the protective element is preferably designed as a water-impermeable plate, whereby the protective element advantageously prevents corrosive chemicals and / or articles entrained with the waste water from attacking or adhering to the lines.
  • the protective element may be formed as a mesh plate or grid, so that particles with a predeterminable maximum particle diameter can not pass through the mesh plate or the grid.
  • the wastewater is more space within the heat exchanger device available, the lines are protected from objects that are carried along with the wastewater, so that these objects can not stick to the pipes.
  • the protective element is made of a corrosion-resistant material, for example stainless steel or plastic, and in particular fastened with two opposite ends to the heat exchanger wall, for example by welding.
  • the return in the longitudinal direction L is spaced from the lead.
  • a heat exchange medium can flow along the longitudinal direction as far as possible through the heat exchanger chamber.
  • the heat exchange chamber is formed from the flow to the return spirally around the longitudinal direction L rotating.
  • a uniformly distributed heat absorption is achieved by the heat exchange medium via the heat exchanger wall. Since the heat exchange medium is advantageously guided in a spiral about the longitudinal direction L from the flow to the return, the contact surface and the contact time in which the heat exchange medium with the politicians (2004)zielerwandung thermally contacted, compared to a direct flow path from the flow to the return can be extended, so that the thermal energy transition is improved.
  • the heat exchange device comprises a helical spacer disposed between the heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall.
  • the spacer element causes a substantially constant distance between the two walls.
  • the helical spacer forms in a simple manner a preferred spiral flow path from the flow to the return.
  • the spacer element is formed substantially in the form of a spiral spring, wherein the spacer element has a substantially constant diameter along its longitudinal extent.
  • the spacer element may be made of a wire having a diameter of about 1 mm to about 5 mm in diameter or a narrow metal strip having a width of about 5 mm 10 mm and a thickness of about 1 mm to 2 mm be educated.
  • the spacer element made of stainless steel.
  • the spacer element may also consist of a less noble metal or a plastic.
  • a corrosion inhibitor In order to prevent the corrosion of a base metal can be added to the heat exchange medium, a corrosion inhibitor.
  • the heat exchange chamber substantially completely encloses the heat exchanger wall.
  • the heat exchanger device preferably has connection configurations for the pressure-tight and tension-resistant connection of one or more further heat exchanger devices in the end regions.
  • the end regions of the heat exchanger device may preferably have clamping, plug-in and / or screw connections in order to form a firm connection between two similar heat exchanger devices.
  • flow and / or return are each connected to a portion of a flow line or a return line.
  • the portion of the flow line or return line is designed as a pipeline, wherein the pipe is attached to the heat exchanger device.
  • the portion of the flow line or return line may be attached to the outside of the heat exchanger chamber wall, wherein the length of the portion along the longitudinal extent L is preferably substantially equal to the length of the heat exchanger wall along this direction.
  • the end portions of the sections of the flow line or return line of the heat exchanger device may have sleeves and / or pipe connectors, so that on the one hand, a hydraulic connection between the sections of the flow line or return line of two similar heat exchanger devices can be produced and on the other a solid mechanical connection can be formed.
  • the pressure tightness is designed so that the pending in the supply and return lines pressure the connection between each Heat exchange devices can not solve.
  • Tensile strength between the heat exchanger devices should therefore be advantageously prepared to ensure that in the case of repair or replacement, there is the possibility of being able to pull the individual, interconnected heat exchanger devices in the sewage pipeline, for example, in the direction of a channel entry, without these separating from each other.
  • the heat exchanger device comprises a vent valve, preferably a pressure relief valve (61), by means of which the heat exchanger chamber is hydraulically connectable to the outside.
  • the vent valve may be formed as a screw or closure, which closes a vent opening.
  • the heat exchanger chamber can be vented manually, especially during the initial installation.
  • the vent valve is a pressure relief valve, so that a fluid (gas and / or liquid) present in the heat exchanger chamber escapes when the fluid pressure in the heat exchanger chamber exceeds a predeterminable threshold value.
  • the heat exchanger chamber is thereby automatically and / or remotely vented, in which over the flow an overpressure in the heat exchanger chamber is applied.
  • At least partially recessed elements and / or elevation elements are arranged, the contour of which runs along a contour direction K, which is substantially different from the longitudinal direction L, to disturb a laminar sewage flow along the longitudinal direction L.
  • a laminar flow forms, so that at a short distance to the edge (below the Prandtl boundary layer) arbitrarily thin wastewater layers flow over each other, without mixing with each other.
  • the colonization of the heat exchanger wall by microorganisms is advantageously minimized by the partial formation of depression elements and / or elevation elements, since the microorganisms do not find any support in the areas with increased wastewater flow rate and the supply of nutrients is reduced in the areas of reduced wastewater flow rate. Consequently, colonization of the heat exchanger wall by microorganisms is permanently minimized, thereby reducing the maintenance or cleaning effort, and the efficiency of the heat exchanger device is permanently maximized, whereby the economy is increased.
  • the recess elements and / or elevation elements cause a local stiffening of the heat exchanger wall, so that a lower material thickness of the wall material is necessary to achieve a predetermined torsional or bending strength compared to a plate-shaped wall material without recessed elements and / or elevation elements. Further advantageously, the lower material thickness of the wall material led to an improved thermal Contact or improved heat transfer.
  • recessed elements for example, beads
  • / or elevation elements for example beads or welded material
  • the recess elements and / or elevation elements form a closed contour with the surface of the heat exchanger wall.
  • the tangent at any point of the contour points in the direction of the contour direction K, wherein the contour direction K is substantially different from the longitudinal direction L.
  • at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 85% of the contour comprises points whose contour direction K is different from the longitudinal direction L, i. preferably deviates by more than 10 degrees, more preferably by more than 45 degrees from the longitudinal direction L.
  • the recessed elements and / or elevation elements act as a bluff body in the wastewater stream, so that turbulence is generated.
  • a heat exchanger device for introduction into a sewage pipeline extending along a longitudinal direction L comprising: a heat exchanger wall made of a rigid, heat-conducting material having a sewage side which is adapted to contact sewage and an inside adapted to at least partially contact with a heat exchange medium, and a politicians (2004)bergererschwandung with an inner surface which is designed to contact at least partially with the heat exchange medium, an outer side, which is facing the Abwasserrohr Obersinnenwand and at least partially with the sewage pipeline inner wall indirectly or directly be arranged to be contacting, wherein the heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall are at least partially spaced apart such that between the plantesammlungerwandun g and the heat exchanger chamber wall, a heat exchange chamber is formed in regions, and wherein on the waste water side of the plantezieldung At least partially recess elements and
  • such a heat exchanger device can also have the features described below with respect to the recessed elements and / or elevation elements. It is further understood that such a heat exchange device may also have the further features described in this application with regard to the flow, the return, the spacer element and the materials used.
  • the recessed elements and / or the elevation elements each have a wall, wherein the wall and the wastewater side are at least partially substantially perpendicular to each other.
  • this achieves maximum disruption and perturbation of the wastewater.
  • the recessed elements and / or the elevation elements each have a wall, wherein the transition region between the wall and the wastewater side has a radius of curvature of less than 2 mm. More preferably, the radius of curvature is less than 1 mm.
  • an edge is formed by a small radius of curvature, through which a laminar flow of the wastewater is effectively disturbed.
  • the recessed elements and / or the elevation elements have a bottom or a plateau, wherein the bottom or the plateau extends substantially parallel to the wastewater side.
  • ground and plateau are used interchangeably in this context and designate the area of a depression or elevation which is surrounded by a wall, preferably in a substantially flat or flat area.
  • the amount of offset between the bottom and the sewer side along the normal N of the waste side is greater than 2 mm. More preferably, the amount of offset is greater than 3 mm, greater than 5 mm, but especially less than 10 mm.
  • the local disturbance is advantageously also greater, but can sediment in wells deeper than 10 mm particles and get caught on surveys higher than 10 mm mitströmende objects and set.
  • the recessed elements on the waste water side of the heat exchanger wall are such, e.g. formed as beads, that the inside of the heat exchanger wall in the region of the recess elements, at least partially contacted the inside of the heat exchanger chamber wall.
  • the heat exchanger chamber is arranged by means of the heat exchanger wall and the thereto
  • Heat exchanger chamber wall formed, wherein the at least partially spaced apart the inner wall of the heat exchanger wall of the inner wall of the heat exchanger chamber wall by means of the recesses. Further preferably, the spacing can also be effected by web-like or spiral-shaped separating elements or webs or baffles.
  • the web-like separating elements need not necessarily be arranged in the longitudinal direction L, but may also be formed obliquely or transversely thereto.
  • a single separating element may be provided in the form of a helical spring which is arranged between the heat exchanger wall and the heat exchanger chamber wall and is preferably fastened therewith so that advantageously the heat exchange medium can be conducted in a simple manner on a spiral flow path from the feed line to the return line.
  • the flow path of the heat exchange medium from the flow to return within the heat exchanger chambers is locally disturbed by the wells, so that a flow of the heat exchange medium can be turbulent, whereby the thermal contact between the heat exchange medium and the inner wall of the mich (2004) appriserwandung improved and the efficiency of the heat exchanger device is increased.
  • the recess elements and / or elevation elements are formed in a circle with a center M and a diameter D.
  • the diameter D is between 20 mm and 50 mm, more preferably between 25 mm and 40 mm.
  • the distance between the centers M of adjacent recess elements to each other is greater than twice the diameter (2 D) and less than five times the diameter (5 D). Accordingly, the distance between adjacent centers M between 40 mm and 250 mm, more preferably between 50 mm and 200 mm, more preferably between 40 mm and 100 mm, more preferably between 100 mm and 250 mm.
  • it is prevented in the above-mentioned geometric conditions that locally forms a laminar flow.
  • One aspect of the present invention relates to a use of at least one heat exchanger device according to the invention for forming a heat exchanger arrangement
  • the longitudinal or transverse extent of the rigid heat exchanger device can be selected so that it can be introduced through an above-ground channel entry of the respective sewage pipeline.
  • a longitudinal or transverse extent of about 80 cm, more preferably of 62.5 cm should not be exceeded.
  • the individual heat exchanger devices can be introduced through the numerous existing channel entrances in the sewage pipeline.
  • a plurality of individual heat exchanger devices are introduced into the sewage pipeline and connected to each other. Since the outer diameter of the heat exchange device is smaller than the inner diameter of the sewage piping, a gap is formed between the inner wall of the sewage piping and the outside of the heat exchanger device.
  • the heat exchanger device is located directly in regions on the Abwasserrohrinnenwandung.
  • a filler is arranged between the heat exchanger device and the inner wall of the sewage pipeline.
  • the filler is preferably thermally insulating to thermally isolate the heat exchanger device from the cold soil.
  • the filler may be thermally conductive to additionally utilize the thermal energy of a warm soil by means of the heat exchanger device.
  • the use of the proposed heat exchanger devices is particularly suitable in the inner city area, where digging up to reach the sewage pipeline is generally not possible. However, just in the inner city area enough channel entrances are available, which allow introduction of the heat exchanger devices in the sewage pipeline. It is understood that in a known manner, the heat exchanger chambers of the individual heat exchanger devices are connected to the flow and return lines, so that the cold heat exchange medium from the heat pump via the flow line, through the aforementioned heat exchanger chambers and finally in the heated state via the return line back to Heat pump can flow. In the configuration of the heat exchanger chambers and also the designs of the lines for the flow, return and the distribution of the heat exchange medium can be used advantageously to the well-known Tichelmann system to optimize the efficiency of the heat exchanger devices.
  • a heat exchanger device can also be designed as an end or initial element and have a funnel-shaped region at one of its free ends, so that the cross-section of the sewage pipeline through which the sewage flows continuously narrows towards the heat exchanger.
  • a step in the sewage pipeline is avoided, at which objects or particles entrained in the sewage could be deposited.
  • the ramp-like formation may be shorter or longer to make the slope correspondingly flatter or larger.
  • One aspect of the present invention relates to a waste heat exchanger assembly comprising:
  • a flow line which connects the return of the heat pump with the headers of the at least two heat exchanger devices and
  • a return line which connects the flow of the heat pump with the returns of the at least two heat exchanger devices.
  • a plurality of sections of interconnected heat exchanger devices are provided, since the wastewater only over a certain distance away in terms of its temperature can be exploited economically. It can therefore not be provided with heat exchanger devices provided areas of the sewer pipe in which new wastewater can accumulate, which is then in turn fed to a new range of heat exchanger devices for energy.
  • a house connection module is provided between two heat exchanger devices to allow a waste water supply from a wastewater inlet.
  • the house connection module comprises a wall to which the flow, return and distribution line are attached.
  • the wall is designed analogously to the heat exchanger chamber wall and in particular has its outer diameter.
  • the house connection module comprises an opening which is formed in the wall so as to be connected to a waste water supply line.
  • the house connection module has no heat exchange chamber.
  • the heat exchanger assembly comprises at least one flush valve which, viewed along the flow direction L of the waste water, is arranged at a distance from the introduced heat exchanger devices.
  • the rinsing or surge valve is used for temporary interruption of the sewage flow.
  • the flush valve is arranged in the region of a channel entrance, since there is more free space for installation. Such a flush valve can accumulate the wastewater at short intervals, in order to then let it flow over the wastewater sides of the heat exchanger devices.
  • the formation of a Sielhaut be further reduced because the surge-like outflow of the waste water takes place turbulently, so that the formation of a Sielhaut can be reduced.
  • the amount of effluent flowing can be controlled so that the amount of sewage accumulating over a variable amount of time can be led away in a constant manner via the heat exchanger devices. For example, because at night the amount of waste water is low, the wastewater in case of a higher attack, for example in the early evening, by means of the relevant Slider dammed and fed continuously over night with decaying wastewater accumulation the heat exchanger devices. Of course, due to the generated surge, such a slide also causes a cleaning effect by discharging heavier objects, which can deposit on the heat exchanger devices.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a heat exchanger assembly
  • Figure 2 is a cross section through a sewage pipeline with a
  • Figure 3 a cross section through a sewage pipeline with a
  • Figure 4a a plan view of a heat exchanger wall with a circular
  • FIG. 4b shows a cross section through a heat exchanger wall with circular depression elements
  • Figure 5a a plan view of an arrangement of circular
  • FIG. 5b shows a plan view of an arrangement of rectangular depression elements.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a heat exchanger assembly 1 with a heat exchanger device 3a in a sewer pipe 5. Shown are a flow line 15, a return line 17 and a manifold 19, which are arranged on the heat exchanger elements 3a-c.
  • the feed line 15 is connected to the headers 21 and the return line 17 to the return lines 23 of the heat exchanger elements 3a-c.
  • the distribution line 19 and the return line 17 are preferably led out of the sewage pipeline through a channel entry (not shown) in order to be connected to a heat exchanger system 25, which is usually arranged aboveground above, with a heat pump 27.
  • a heat exchange medium 29 is guided on the principle of Tichelmann through the corresponding lines.
  • the cold heat exchange medium 29 is passed from the heat pump 27 via the distribution line 19 to the farthest from the heat pump 27 point of the line system and distributed from there by means of the flow line 15 to the headers 21 of the individual heat exchanger devices 3a-c.
  • the cold heat exchange medium 29 then flows through the heat exchanger chambers 31 ac of the individual heat exchanger devices 3a-c and finally in the heated state via the return line 17 back to the heat pump 27.
  • the heat exchange medium 29 in different ways through the heat exchanger chambers Flow 31 ac.
  • the heat exchange medium 29, in particular laminar flows directly from the feed 21 to the return 23 of the heat exchanger chamber 31a.
  • the heat exchanger chambers 31 b and 31 c are formed such that the heat exchange medium 29, in particular turbulent, flows on an extended path from the flow 21 to the return line 23.
  • This path extension for example, as in the heat exchanger chamber 31c, by means of rectilinear separation elements or webs or baffles 33 or, as in the heat exchanger chamber 31 b, carried by means of interference bodies 35.
  • a hydraulic short circuit is reliably avoided, so that the efficiency of the heat exchanger assembly 1 is maximum.
  • the desired efficiency of the heat exchanger assembly 1 and the resulting wastewater quantity and their temperature and the corresponding sewage piping cross sections and thus also the dimensions of the heat exchanger devices 3a-c finally determined the total number of successively arranged heat exchanger devices 3a-c.
  • FIG. 2 shows a cross section through a heat exchanger arrangement 1 with a heat exchanger device 3 a in a sewage pipeline 5.
  • a heat exchanger chamber wall 47 comprises an outer side 49, which is designed to face the inner wall 13 of the sewage pipeline 5 and to be arranged at least partially spaced from the inner wall 13. Between the inner wall 13 of the sewage pipe 5 and the outer side 49 of the heat exchanger device 3a, a gap 7 is formed, since the outer diameter of the heat exchanger device 3a is smaller than the inner diameter of the sewage pipeline 5.
  • the gap 7 can be at least partially filled with a filler 9.
  • the filler 9 may be thermally insulating to insulate the heat exchanger device 3a from the ground. Alternatively, the filler 9 may be thermally conductive to additionally use the geothermal heat by means of the heat exchanger device 3a.
  • the filler 9 serve as a support of the heat exchanger device 3a. More preferably, however, the heat exchanger device 3a can also rest directly in regions on the sewage pipe inner wall 13.
  • the kilometersleyleywandung 47 of the heat exchanger device 3a is always at least partially spaced from the sewer pipe 5, so that the flow line 15 and the return line 17 in the area between the politicians (2004)leyerwaitwandung 47 and the Abwasserrohrinnenwandung 13 can be arranged.
  • the outer side 49 of the heat exchanger chamber wall 47 faces the Abwasserrohrinnenwandung 13.
  • the heat exchanger chamber wall 47 is partially flat and is preferably used in areas as a support of the supply line 15, the return line 17 and / or the manifold 19, which are arranged between the politicians appriserschdung 47 and the inner wall 13 of the sewer pipe 5.
  • the lines are thereby protected against mechanical influences from the direction of the sewage piping interior.
  • a heat exchanger wall 43 is formed of a rigid, heat-conducting material, wherein the waste water side 41 is designed, at least partially
  • Wastewater 45 to contact thermally or wetted by wastewater 45
  • On the wastewater side 41 can at least partially recess elements
  • longitudinal direction L is perpendicular to the plane of the page and is for
  • the heat exchanger wall 43 and the heat exchanger chamber wall 47 are preferably interconnected by one or more webs (not shown). This connection can preferably be done by welding.
  • the heat exchanger wall 43 and the diary (2004) devisdungdung 47 are spaced from each other to form between the heat exchanger wall 43 and the choir (2004) devisillerwaitwandung 47 partially a heat exchanger chamber 31a, by means of a flow line 21 and a flow line 15 and a return line 23 and a return line 17 to the outside hydraulically connected is.
  • the feed line 15, the return line 17 and / or the distribution line 9 can be arranged in the region of the Abwasserrohr effetsfirst 11.
  • the heat exchange device 3 a may be introduced into the sewage piping 5 such that the flow line 15, the Return line 17 and / or the distribution line 19 are arranged in the region of the sewage pipeline sole 12.
  • the flow line 15, the return line 17 and / or the manifold 19 serve as a support of the heat exchanger device 3a and indeed with the area with which they touch the Abwasserrohrinnenwandung 13 or rest against this.
  • FIG. 3 shows a cross section through a heat exchanger arrangement 1 with a further embodiment of a heat exchanger device 3b in a sewage pipeline 5.
  • a heat exchanger chamber 31 b is analogous to the embodiment described above by means of a flow line 21 and a flow line 15 and a return line 23 and a return line 17 to the outside hydraulically in communication. In this embodiment, however, the flow 21 and the return 23 are arranged on the heat exchanger wall 43.
  • a protective member 37 is disposed on the heat exchanger wall 43 such that two opposite ends 39a, 39b of the protective member are connected to the heat exchanger wall 43 so that the flow 21 and return 23 between the protective member 37 and the heat exchanger wall 43 are arranged or enclosed.
  • the distribution line 19 may also be arranged between the protective element 37 and the heat exchanger wall 43.
  • Protective member 37 prevents objects entrained with waste water 45 from getting entangled with the casing, which would disadvantageously reduce the line cross-section available for the wastewater.
  • the protective element 37 may be formed as a water-impermeable plate 37, whereby the flow line 15, the return line 17 and the distribution line 19 are protected from the waste water or separated therefrom.
  • the lines are then protected from the corrosive wastewater 45.
  • the protective element 37 may preferably be designed as a sieve plate 37, so that particles with a predeterminable maximum particle diameter can not pass through the sieve plate 37.
  • the sewage 45 more space within the heat exchanger device 3b available, the lines, flow and return and their fasteners are protected from objects that are carried along with the wastewater 45 and can attach themselves to it.
  • the protective element 37 is made of a corrosion-resistant material, such as stainless steel or plastic.
  • the feed line 15, the return line 17 and / or the distribution line 19 are suitably arranged in the region of Abwasserrohr effetsfirst 11 or in proper operation of the heat exchanger device 3b in the region of Abwasserrohr effetsfirstes 11, since the protective element 37 does not act as a heat exchange surface and therefore preferably not with the Wastewater 45 should contact.
  • FIG. 4a shows a plan view of a heat exchanger wall 43 in the unrolled or not yet curved state with circular depression elements 53.
  • a cross section through the heat exchanger wall 43 along the route A-B is shown in FIG. 4b.
  • the heat exchanger wall 43 is formed of a thermally conductive material, wherein the waste water side 41 is designed, at least partially Wastewater thermally to contact or be wetted by wastewater.
  • Recessed elements 53 are arranged on the wastewater side 41 at least in sections, the contour of which runs along a contour direction K, which is substantially different from the longitudinal direction L, in order to disturb a laminar wastewater flow along the longitudinal direction L.
  • the recessed elements 53 are preferably designed as circular beads or press-fits, which have a circumferential wall 55 and a bottom 57.
  • the wall 55 extends substantially perpendicular to the surrounding area of the waste water side 41, while the bottom 57 extends substantially parallel thereto.
  • the amount of the offset between bottom 57 and surrounding wastewater side 41 is preferably greater than 2 mm, more preferably greater than 3 mm, in particular greater than 5 mm, but preferably less than 10 mm.
  • the diameter of the recessed elements 53 is preferably between 20 mm and 50 mm, wherein the distance of the centers M of adjacent recesses 53 to each other is greater than twice the diameter (2 D) and less than five times the diameter (5 D).
  • the heat exchanger wall 43 and the sauleyerschwandung 47 are spaced apart from each other in regions to form between the heat exchanger 43 and the michleyerwaitdung 47 partially a heat exchanger chamber 31 b, which is hydraulically connected by means of a flow and a return to the outside.
  • the heat exchanger wall 43 and the heat exchanger chamber wall 47 can be connected to one another in the region of the bottoms 57 by one
  • the formation of a Sielhaut on the is reduced by means of the local variation of the flow rate of the waste water, wherein the local variation is generated by the recess elements 53.
  • the recessed elements 53 cause a Stiffening of the heat exchanger wall 43, so that compared to a flat wall, the same torsional or bending strength can be achieved with a lower material thickness of the wall material, whereby an improved thermal contact or an improved heat transfer is achieved.
  • the heat exchanger wall 43 and the heat exchanger chamber wall 47 are preferably connected to one another or along the free ends 51 of the heat exchanger wall 43. This connection can preferably be effected by welding and / or by crimping.
  • the heat exchanger wall 43 shown in FIG. 4a has in the end regions a connection configuration 59 for the tensile connection or for fastening a further heat exchanger wall (not shown).
  • the attachment is preferably by screwing, wherein the connection configuration 59 are preferably holes 59 with or without internal thread. Alternatively or additionally, the connection configuration 59 may have clamping and / or plug connections.
  • the heat exchanger wall 43 further preferably comprises a vent valve 61, so that the heat exchanger chamber 31 b is hydraulically connectable to the outside by means of the vent valve.
  • the vent valve 61 may preferably be a pressure relief valve or a sealing screw.
  • FIG. 5a shows a top view of an arrangement of circular depression elements 53.
  • the depression elements 53 form a closed contour 63 with the surface of the heat exchanger wall 43 or with the wastewater side 41.
  • the tangent at any point of the contour 63 points in the direction of the contour K.
  • Contour direction K is different at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 85% of the points of the contour of the longitudinal direction L, wherein the direction difference between the contour direction K and the longitudinal direction L at these points preferably greater than 10 degrees, particularly preferred is greater than 45 degrees.
  • the recess elements 53 act as a disruptive body in Wastewater flow, so that turbulence is generated.
  • the diameter of the circular recess elements 53 is preferably between 20 mm and 50 mm, wherein the distance between the centers M of adjacent recess elements 53 to one another is greater than twice the diameter (2 D) and smaller than five times the diameter (5 D).
  • FIG. 5b shows a plan view of an arrangement of rectangular elevation elements 53.
  • the tangent at any point of the closed contour 63 with the contour direction K is also at least 50%, preferably at least 70%, more preferably at least 85% of the points of the contour from the longitudinal direction L different, wherein the direction difference between the contour direction K and the longitudinal direction L at these points is preferably greater than 10 degrees, more preferably greater than 45 degrees.
  • the elevation elements 53 act as a disruptive body in the wastewater stream, so that turbulence is generated.
  • the width of the elevation elements 53 is preferably between 2 mm and 20 mm, the distance between adjacent elevation elements 53 being greater than twice the width and less than five times the width.
  • the recess or elevation elements 53 may in particular also have a contour 63 which is substantially triangular, square, hexagonal, oval and / or wavy. Furthermore, the individual indentation or elevation elements 53 may be mutually random, trigonal, square, rectangular, or hexagonal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung zum Einbringen in eine sich entlang einer Längsrichtung L erstreckende Abwasserrohrleitung umfassend: eine Wärmetauscherwandung aus einem starren, wärmeleitenden Material mit einer Abwasserseite, welche ausgelegt ist, mit Abwasser zu kontaktieren und einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit einem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, und eine Wärmetauscherkammerwandung mit einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit dem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, einer Außenseite, die ausgelegt ist, der Abwasserrohrleitungsinnenwand zugewandt und zumindest bereichsweise mit der Abwasserrohrleitungsinnenwand mittelbar oder unmittelbar kontaktierend angeordnet zu sein, wobei die Wärmetauscherwandung die Innenwandung eines rohrförmigen Körpers ausbildet, wobei die Wärmetauscherwandung und die Wärmetauscherkammerwandung zumindest bereichsweise derart voneinander beabstandet angeordnet sind, daß zwischen der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung bereichsweise eine Wärmetauscherkammer ausgebildet wird, wobei die Wärmetauscherkammer mittels eines Vorlaufs und eines Rücklaufs mit dem Äußeren verbindbar ist sowie eine Verwendung und eine Wärmetauscheranordnung, wobei der Vorlauf und der Rücklauf an der Wärmetauscherwandung angeordnet sind.

Description

Wärmetauschervorrichtung, Verwendung und Wärmetauscheranordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung, eine Verwendung einer Wärmetauschervorrichtung zur Ausbildung einer Wärmetauscheranordnung und eine Wärmetauscheranordnung.
Energiegewinnung aus Abwasser durch nachträglich in die Abwasserrohrleitung eingebaute Wärmetauschervorrichtungen ist beispielsweise aus der DE 20 2004 018 084 U1 bekannt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wärmetauscheranordnung und eine darin verwendbare Wärmetauschervorrichtung bereitzustellen, welche einen verbesserten Wirkungsgrad und einen verminderten Wartungsaufwand aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Wärmetauschervorrichtung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Wärmetauschervorrichtung zum Einbringen in eine sich entlang einer Längsrichtung L erstreckende Abwasserrohrleitung umfassend:
- eine Wärmetauscherwandung aus einem starren, wärmeleitenden Material mit
einer Abwasserseite, welche ausgelegt ist, mit Abwasser zu kontaktieren und
einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit einem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, und eine Wärmetauscherkammerwandung mit
einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit dem Wärmetauschmedium zu kontaktieren,
einer Außenseite, die ausgelegt ist, der Abwasserrohrleitungsinnenwand zugewandt und zumindest bereichsweise mit der Abwasserrohrleitungsinnenwand mittelbar oder unmittelbar kontaktierend angeordnet zu sein,
wobei die Wärmetauscherwandung die Innenwandung eines rohrförmigen Körpers ausbildet,
wobei die Wärmetauscherwandung und die Wärmetauscherkammerwandung zumindest bereichsweise derart voneinander beabstandet angeordnet sind, daß zwischen der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung bereichsweise eine Wärmetauscherkammer ausgebildet wird, und
wobei die Wärmetauscherkammer mittels eines Vorlaufs und eines Rücklaufs mit dem Äußeren verbindbar ist, wobei der Vorlauf und der Rücklauf an der Wärmetauscherwandung angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Wärmetauschervorrichtung ist ausgelegt, in eine Abwasserrohrleitung einbringbar zu sein, wobei sich die Abwasserrohrleitung im wesentlichen entlang der Längsrichtung L erstreckt und wobei das Abwasser in der Abwasserrohrleitung im wesentlichen entlang der Längsrichtung L fließt. Für den Fall, daß die Abwasserrohrleitung einen zylindrischen Querschnitt aufweist, ist die Längsrichtung L parallel zur Zylinderachse. Einbringen im Sinne der Erfindung umfaßt sowohl das nachträgliche Einbringen entlang der Längsrichtung L in eine bestehende Abwasserrohrleitung als auch das Herstellen bzw. Ausbilden einer Abwasserrohrleitung bzw. eines Abwasserrohrleitungselements einschließlich der Wärmetauschervorrichtung. Bevorzugt kann die Wärmetauschervorrichtung zumindest bereichsweise von dem Material der Abwasserrohrleitung umgeben sein. Insbesondere wenn die Abwasserrohrleitung bzw. das Abwasserrohrleitungselement aus Beton gegossen wird, kann die Wärmetauschervorrichtung zumindest bereichsweise einbetoniert sein, wobei die Abwasserseite, welche ausgelegt ist, mit Abwasser zu kontaktieren, im wesentlichen frei von Beton bleibt. Einbringen im Sinne der Erfindung umfaßt ebenfalls den Fall, daß die Wärmetauschervorrichtung mittels des durch die Wärmetauscherwandung ausgebildete Innenwandung des rohrförmigen Körpers selbst zumindest bereichsweise die Abwasserrohrleitung bzw. die Abwasserrohrleitungsinnenwand ausbildet. Insbesondere ist der ausgebildete rohrförmige Körper der Innenwandung und/oder die Wärmetauscherkammerwandung druckdicht ausgebildet. So kann die Wärmetauschervorrichtung vorteilhafterweise in unmittelbarem Kontakt zum umgebenden Erdreich positioniert sein, wobei sich stromaufwärts und stromabwärts die weitere Abwasserrohrleitung erstreckt. Vorteilhafterweise kann eine Abwasserrohrleitung zumindest bereichsweise durch die Wärmetauschervorrichtung ersetzt werden, wodurch beispielsweise in einfacher Weise schadhafter Abwasserrohrleitungen ersetzt und damit saniert werden können.
Die erfindungsgemäße Wärmetauschervorrichtung ist ferner ausgelegt, daß das Abwasser in Kontakt, d.h. zumindest in thermischem Kontakt, mit der Abwasserseite der Wärmetauscherwandung ist, welche aus einem wärmeleitenden starren Material, vorzugsweise einem Metall und insbesondere einem korrosionsbeständigen Edelstahl, ausgebildet ist. Der thermische Kontakt bezeichnet den Übergang von Wärmeenergie aus dem Abwasser in die Wärmetauscherwandung und umgekehrt. Der Kontakt kann neben einem thermischen Kontakt insbesondere ein direktes Benetzen der Wärmetauscherwandung durch Abwasser umfassen.
Die Wärmetauscherwandung bildet die Innenwandung eines rohrförmigen Körpers aus, d.h. das Abwasser durch den geschlossenen rohrförmigen Körper geleitet werden kann. Mit anderen Worten ist die Wärmetauschervorrichtung ausgelegt, mittels der Wärmetauscherwandung eine innere Wärmetauscherrohrleitung innerhalb der Abwasserrohrleitung auszubilden, durch welche das Abwasser dann hindurch geleitet wird.
An der der Abwasserseite entgegengesetzten Innenseite der Wärmetauscherwandung ist die, insbesondere starre, Wärmetauscherkammerwandung angeordnet und mittelbar und/oder unmittelbar an der Wärmetauscherwandung befestigt. Die Wärmetauscherwandung und die Wärmetauscherkammerwandung sind bevorzugt derart voneinander beabstandet angeordnet, daß die Innenseite der Wärmetauscherwandung gegenüber der Innenseite der Wärmetauscherkammerwandung liegt. Zwischen den Innenseiten der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung ist die Wärmetauscherkammer ausgebildet. Die Wärmetauscherkammer ist über den Vorlauf mit einem Wärmetauschmedium (beispielsweise Wasser) beschickbar und über den Rücklauf entleerbar. Das heißt, die Wärmetauscherkammer ist mittels des Vorlaufs und des Rücklaufs mit dem Äußeren hydraulisch verbindbar und ansonsten im wesentlichen fluiddicht bzw. wasserdicht gegenüber dem Äußeren. Das Äußere kann beispielsweise die umgebende Atmosphäre sein. Bei betriebsgemäßem Gebrauch kann das Äußere die Volumina umfassen, welche von Leitungen, weiteren Wärmetauschern bzw. Wärmepumpen umschlossen werden. Insbesondere kann das Äußere ein über den Vorlauf bzw. Rücklauf mit dem Volumen der Wärmetauscherkammer hydraulisch kommunizierendes externes Volumen sein, wobei das externe Volumen die Wärmetauscherkammerwandung nicht kontaktiert bzw. nicht zumindest teilweise von der Wärmetauscherkammerwandung umschlossen ist.
Die Innenseite der Wärmetauscherwandung ist ausgelegt, zumindest bereichsweise mit dem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, d.h. zumindest thermisch zu kontaktieren, so daß das Abwasser mittelbar über die Wärmetauscherwandung mit dem Wärmetauschmedium in thermischen Kontakt bringbar ist. Dagegen ist das Abwasser bevorzugt nicht mittels der Wärmetauscherkammerwandung mit dem Wärmetauschmedium thermisch kontaktierbar. Daher kann die Wärmetauscherkammerwandung bevorzugt aus einem thermisch isolierenden Material, beispielsweise aus Kunststoff, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise ist das Wärmetauschmedium mittels einer thermisch isolierenden Wärmetauscherkammerwandung gegenüber der
Abwasserrohrleitung thermisch isolierbar. Die Wärmetauscherkammerwandung ist zumindest bereichsweise von der Abwasserrohrleitung beabstandet anordenbar, so daß das Wärmetauschmedium und die Abwasserrohrleitung vorteilhafterweise weiter thermisch entkoppelt sind. Insbesondere ist die Wärmetauscherwandung im wesentlichen als zylindrisches Rohr ausgebildet. Dadurch können die am Vorlauf angeschlossene Vorlaufleitung und die am Rücklauf angeschlossene Rücklaufleitung von dem Abwasser benetzt werden, welches in der durch die Wärmetauscherwandung ausgebildete Röhre fließt. Besonders bevorzugt sind die Leitungen deshalb aus einem korrosionsbeständigem Werkstoff ausgebildet, beispielsweise Edelstahl oder Kunststoff. Der Begriff „im wesentlichen" kann eine Abweichung von einer Sollrichtung beschreiben, insbesondere eine Abweichung im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit und/oder im Rahmen der notwendigen Genauigkeit, so daß ein Effekt beibehalten wird, wie er bei der Sollrichtung vorhanden ist. Der Begriff„im wesentlichen" kann daher bei Richtungsangaben eine Abweichung von weniger als etwa 20 Grad, weniger als etwa 10 Grad, weniger als etwa 5 Grad, bevorzugt weniger als etwa 1 Grad von einer Sollrichtung beinhalten. Der Begriff „im wesentlichen" umfaßt den Begriff„identisch", d.h.„ohne Abweichung von einer Sollrichtung sein". Vorzugsweise sind der Vorlauf und der Rücklauf im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirstes angeordnet. Vorteilhafterweise wird durch diese Anordnung eine bessere Entlüftung gewährleistet. Insbesondere können Gase, welche innerhalb der Wärmetauscherkammern aus dem Wärmetauschermedium austreten und sich ansonsten in den Wärmetauscherkammern ansammeln, aufsteigen und durch den im Abwasserrohrleitungsfirst angeordneten Rücklauf gesammelt und abtransportiert werden. Vorteilhafterweise wird damit die Effizienz der Wärmetauschervorrichtung erhöht, da die schlecht wärmeleitenden Gase zuverlässig aus der Wärmetauschervorrichtung entfernt werden können.
Vorzugsweise sind der Vorlauf und/oder der Rücklauf an der Wärmetauscherkammerwandung angeordnet. Bevorzugt sind dann in der betriebsmäßigen Position eine am Vorlauf angeschlossene Vorlaufleitung und eine am Rücklauf angeschlossene Rücklaufleitung in dem Bereich zwischen der Wärmetauscherkammerwandung und einer Abwasserrohrinnenwandung anordenbar. In dieser Anordnung sind die Vorlauf- und Rücklaufleitung durch die rohrförmige Wärmetauscherwandung und die Wärmetauscherkammerwandung räumlich vom Abwasser getrennt. Vorteilhafterweise können deshalb im Abwasser enthaltene korrosive Chemikalien die Vorlauf- und Rücklaufleitung nicht korrodieren und im Abwasser mitgeführte Gegenstände sich nicht an diesen Leitungen verfangen. Weiter bevorzugt ist die Wärmetauscherkammerwandung bereichsweise eben ausgebildet und dient bevorzugt als Auflager der Vorlaufleitung und/oder der Rücklaufleitung.
Für den Fall, daß die Wärmetauschervorrichtung beim Herstellen der Abwasserrohrleitung bzw. des Abwasserrohrleitungselements aus Beton mit der Abwasserrohrleitung verbunden wird, können der Vorlauf und/oder der Rücklauf von der Wärmetauscherkammerwandung beabstandet angeordnet sein. Weiter bevorzugt können der Vorlauf und/oder der Rücklauf im wesentlichen vollständig von dem Material (z.B. Beton) umschlossen sein, aus welchem die Abwasserrohrleitung ausgebildet wird. Vorteilhafterweise können die Wärmetauscherkammerwandung und die Wärmetauscherwandung im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfaßt die Wärmetauschervorrichtung weiter ein Schutzelement, wobei das Schutzelement mit zwei seiner entgegengesetzten Enden mit der Wärmetauscherwandung kontaktiert, so daß Vorlauf und Rücklauf zwischen dem Schutzelement und der Wärmetauscherwandung angeordnet sind.
Das Schutzelement ist bevorzugt als wasserundurchlässige Platte ausgebildet, wodurch das Schutzelement vorteilhafterweise verhindert, daß mit dem Abwasser mitgeführte korrosive Chemikalien und/oder Gegenstände die Leitungen angreifen bzw. sich daran festsetzen. Weiter bevorzugt kann das Schutzelement als Siebplatte bzw. Gitter ausgebildet sein, so daß Partikel mit einem vorbestimmbaren maximalen Partikeldurchmesser die Siebplatte bzw. das Gitter nicht passieren können. Vorteilhafterweise steht dem Abwasser mehr Platz innerhalb der Wärmetauschervorrichtung zur Verfügung, wobei die Leitungen vor Gegenständen geschützt sind, die mit dem Abwasser mitgeführt werden, so daß diese Gegenstände sich nicht an den Leitungen festsetzen können. Besonders bevorzugt ist das Schutzelement aus einem korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl oder Kunststoff, ausgebildet und insbesondere mit zwei entgegengesetzte Enden an der Wärmetauscherwandung befestigt, beispielsweise durch Verschweißen.
Vorzugsweise ist der Rücklauf in Längsrichtung L von dem Vorlauf beabstandet angeordnet. Dadurch kann ein Wärmetauschmedium entlang der Längsrichtung auf einem möglichst langem Weg durch die Wärmetauscherkammer fließen.
Vorzugsweise ist die Wärmetauscherkammer von dem Vorlauf zum Rücklauf spiralförmig um die Längsrichtung L drehend ausgebildet. Vorteilhafterweise wird in dieser Konfiguration eine gleichmäßig verteilte Wärmeaufnahme durch das Wärmetauschmedium über die Wärmetauscherwandung erreicht. Da das Wärmetauschermedium vorteilhafterweise in einer Spirale um die Längsrichtung L vom Vorlauf zum Rücklauf geführt ist, kann die Kontaktfläche und die Kontaktzeit in welcher das Wärmetauschermedium mit der Wärmetauscherwandung thermisch kontaktiert, gegenüber einem direkten Fließweg vom Vorlauf zum Rücklauf hin verlängert werden, so daß der Wärmeenergieübergang verbessert wird.
Vorzugsweise umfaßt die Wärmetauschervorrichtung ein spiralförmiges Distanzelement, welches zwischen der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung angeordnet ist. Das Distanzelement bewirkt einen im wesentlichen konstanten Abstand zwischen den beiden Wandungen. Vorteilhafterweise bildet das spiralförmige Distanzelement in einfacher Weise einen bevorzugten spiralförmigen Fließweg von dem Vorlauf zu dem Rücklauf hin aus. Bevorzugt ist das Distanzelement im wesentlichen in Form einer Spiralfeder ausgebildet, wobei das Distanzelement entlang seiner Längserstreckung einen im wesentlichen konstanten Durchmesser aufweist.
Bevorzugt kann das Distanzelement aus einem Draht mit einem Durchmesser von etwa 1 mm bis etwa 5 mm Durchmesser oder einem schmalen Blechstreifen mit einer Breite von etwa 5 mm 10 mm und einer Dicke von etwa 1 mm bis 2 mm ausgebildet sein. Besonders bevorzugt besteht das Distanzelement aus Edelstahl. Alternativ kann das Distanzelement auch aus einem unedleren Metall oder einem Kunststoff bestehen. Um der Korrosion eines unedlen Metalls vorzubeugen kann dem Wärmetauschmedium ein Korrosionsschutzmittel beigemischt sein.
Vorzugsweise umschließt die Wärmetauscherkammer im wesentlichen vollständig die Wärmetauscherwandung.
Vorzugsweise weist die Wärmetauschervorrichtung in den Endbereichen Anschlusskonfigurationen zum druckdichten und zugfesten Anschluß einer oder mehrerer weiterer Wärmetauschervorrichtungen aufweist.
Die Endbereiche der Wärmetauschervorrichtung, insbesondere der Wärmetauscherwandung, können bevorzugt Klemm-, Steck und/oder Schraubverbindungen aufweisen, um eine feste Verbindung zwischen zwei gleichartigen Wärmetauschervorrichtungen auszubilden.
Bevorzugt sind Vorlauf und/oder Rücklauf jeweils mit einem Teilstück einer Vorlaufleitung bzw. einer Rücklaufleitung verbunden. Weiter bevorzugt ist das Teilstück der Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung als Rohrleitung ausgebildet, wobei die Rohrleitung an der Wärmetauschervorrichtung befestigt ist. Insbesondere kann das Teilstück der Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung an der Außenseite der Wärmetauscherkammerwandung befestigt sein, wobei die Länge des Teilstückes entlang der Längserstreckung L bevorzugt im wesentlichen gleich der Länge der Wärmetauscherwandung entlang dieser Richtung ist. Die Endbereiche der Teilstücke der Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung der Wärmetauschervorrichtung können Muffen und/oder Rohrverbinder aufweisen, so daß zum einen eine hydraulische Verbindung zwischen den Teilstücken der Vorlaufleitung bzw. Rücklaufleitung zweier gleichartiger Wärmetauschervorrichtungen herstellbar ist und zum anderen eine feste mechanische Verbindung ausbildbar ist.
Die Druckdichtigkeit wird dabei so ausgelegt, daß der in den Zu- und Rücklaufleitungen anstehende Druck die Verbindung zwischen einzelnen Wärmetauschervorrichtungen nicht lösen kann. Zugfestigkeit zwischen den Wärmetauschervorrichtungen soll deshalb vorteilhafterweise hergestellt werden, um sicherzustellen, daß im Reparatur- oder Austauschfall die Möglichkeit besteht, die einzelnen, miteinander verbundenen Wärmetauschervorrichtungen, ohne daß sich diese voneinander lösen, in der Abwasserrohrleitung beispielsweise in Richtung eines Kanaleinstiegs ziehen zu können.
Vorzugsweise umfaßt die Wärmetauschervorrichtung ein Entlüftungsventil, bevorzugt ein Überdruckventil (61 ), mittels dessen die Wärmetauscherkammer mit dem Äußeren hydraulisch verbindbar ist.
Bevorzugt kann das Entlüftungsventil als Schraube oder Verschluß ausgebildet sein, die/der eine Entlüftungsöffnung verschließt. Vorteilhafterweise kann mittels eines Entlüftungsventils die Wärmetauscherkammer manuell, insbesondere bei der Erstinstallation, entlüftet werden. Bevorzugt das Entlüftungsventil ein Überdruckventil ist, so daß ein in der Wärmetauscherkammer vorhandenes Fluid (Gas und/oder Flüssigkeit) entweicht, wenn der Fluiddruck in der Wärmetauscherkammer einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreitet. Vorteilhafterweise ist die Wärmetauscherkammer dadurch automatisch und/oder ferngesteuert entlüftbar, in dem über den Vorlauf ein Überdruck in der Wärmetauscherkammer angelegt wird.
Vorzugsweise sind auf der Abwasserseite der Wärmetauscherwandung zumindest bereichsweise Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente angeordnet sind, deren Kontur entlang einer Konturrichtung K verläuft, die im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist, um eine laminare Abwasserströmung entlang der Längsrichtung L zu stören.
In einer Abwasserrohrleitung haftet das Abwasser am Rand und strömt in der Mitte der Abwasserrohrleitung am schnellsten. Am Rand der Abwasserrohrleitung bildet sich eine laminare Strömung aus, so daß in geringer Entfernung zum Rand (unterhalb der Prandtl-Grenzschicht) beliebig dünne Abwasserschichten übereinander hinströmen, ohne miteinander zu vermischen. Vorteilhafterweise wird eine laminare Strömung von Abwasser in der Abwasserrohrleitung im Bereich der Wärmetauscherwandung durch die Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente durch eine lokale Variation der Abwasserfließgeschwindigkeit gestört, so daß dort vorteilhafterweise ein turbulente Strömung vorliegt. Dadurch wird vorteilhafterweise eine bessere Durchmischung des Abwassers im Bereich der Wärmetauscherwandung erreicht, so daß ein verbesserter Austausch zwischen dem Wasser, welchem bereits Wärme mittels der Wärmetauscherwandung entzogen wurde, und dem relativ dazu wärmeren Abwasser stattfindet. Weiter vorteilhafterweise wird die Bildung einer Sielhaut auf der Wärmetauscherwandung durch die lokale Variation der Fließgeschwindigkeit vermindert. Insbesondere beim langsamen laminaren Überströmen der Wärmetauscherwandung mit nährstoffreichem Abwasser können Mikroorganismen die Wärmetauscherwandung schnell besiedeln und eine Sielhaut ausbilden, welche die Wärmeleitfähigkeit der Wärmetauscherwandung reduziert und dadurch den Wirkungsgrad der Wärmetauschervorrichtung mindert. Vorteilhafterweise wird die Besiedlung der Wärmetauscherwandung durch Mikroorganismen durch die bereichsweise Ausbildung von Vertiefungselementen und/oder Erhebungselementen minimiert, da in den Bereichen mit erhöhter Abwasserfließgeschwindigkeit die Mikroorganismen keinen Halt finden und in den Bereichen verringerter Abwasserfließgeschwindigkeit die Versorgung mit Nährstoffen vermindert ist. Folglich ist die Besiedlung der Wärmetauscherwandung durch Mikroorganismen dauerhaft minimiert, wodurch der Wartungs- bzw. Reinigungsaufwand verringert ist, und der Wirkungsgrad der Wärmetauschervorrichtung ist dauerhaft maximiert, wodurch die Wirtschaftlichkeit erhöht wird.
Vorteilhafterweise bewirken die Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente eine lokale Versteifung der Wärmetauscherwandung, so daß zum Erreichen einer vorbestimmten Verwindungs- bzw. Biegefestigkeit eine geringere Materialstärke des Wandungsmaterials notwendig ist im Vergleich zu einem plattenförmigen Wandungsmaterial ohne Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente. Weiter vorteilhafterweise führte die eine geringere Materialstärke des Wandungsmaterials zu einem verbesserten thermischen Kontakt bzw. einer verbesserten Wärmeübertragung.
Auf der Abwasserseite sind zumindest bereichsweise Vertiefungselemente (beispielsweise Sicken) und/oder Erhebungselemente (beispielsweise Sicken oder aufgeschweißtes Material) angeordnet. Die Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente bilden mit der Oberfläche der Wärmetauscherwandung eine geschlossene Kontur. Die Tangente an einem beliebigen Punkt der Kontur zeigt in Richtung der Konturrichtung K, wobei die Konturrichtung K im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist. Im wesentlichen bedeutet in diesem Zusammenhang, daß zumindest 50 %, bevorzugt zumindest 70 %, besonders bevorzugt zumindest 85 % der Kontur Punkte umfaßt, deren Konturrichtung K von der Längsrichtung L verschieden ist, d.h. bevorzugt um mehr als 10 Grad, besonders bevorzugt um mehr als 45 Grad von der Längsrichtung L abweicht. Dadurch wirken die Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente als Störkörper im Abwasserstrom, so daß Turbulenz erzeugt wird.
Es versteht sich, daß sich dieses Prinzip der Verminderung der Sielhaut auch auf andere Ausführungsformen von Wärmetauschervorrichtungen anwenden läßt. Mit anderen Worten kann der vorteilhafter Effekt auch durch eine Wärmetauschervorrichtung zum Einbringen in eine sich entlang einer Längsrichtung L erstreckende Abwasserrohrleitung erzielt werden umfassend: eine Wärmetauscherwandung aus einem starren, wärmeleitenden Material mit einer Abwasserseite, welche ausgelegt ist, mit Abwasser zu kontaktieren und einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit einem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, und eine Wärmetauscherkammerwandung mit einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit dem Wärmetauschmedium zu kontaktieren, einer Außenseite, die ausgelegt ist, der Abwasserrohrleitungsinnenwand zugewandt und zumindest bereichsweise mit der Abwasserrohrleitungsinnenwand mittelbar oder unmittelbar kontaktierend angeordnet zu sein, wobei die Wärmetauscherwandung und die Wärmetauscherkammerwandung zumindest bereichsweise derart voneinander beabstandet angeordnet sind, daß zwischen der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung bereichsweise eine Wärmetauscherkammer ausgebildet wird, und wobei auf der Abwasserseite der Wärmetauscherwandung zumindest bereichsweise Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente angeordnet sind, deren Kontur entlang einer Konturrichtung K verläuft, die im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist, um eine laminare Abwasserströmung entlang der Längsrichtung L zu stören. Im weiteren kann eine solche Wärmetauschervorrichtung auch die im folgenden beschriebenen Merkmale bezüglich der Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente aufweisen. Es versteht sich weiter, daß eine solche Wärmetauschvorrichtung ebenfalls die in dieser Anmeldung beschriebenen weiteren Merkmale bezüglich des Vorlaufs, des Rücklaufs, des Distanzelements und der verwendeten Materialien aufweisen kann.
Vorzugsweise weisen die Vertiefungselemente und/oder die Erhebungselemente jeweils eine Wandung auf, wobei die Wandung und die Abwasserseite zumindest bereichsweise im wesentlichen senkrecht zueinander stehen. Vorteilhafterweise ist dadurch eine maximale Störung und Perturbation des Abwassers erreichbar.
Vorzugsweise weisen die Vertiefungselemente und/oder die Erhebungselemente jeweils eine Wandung auf, wobei der Übergangsbereich zwischen der Wandung und der Abwasserseite einen Krümmungsradius von kleiner als 2 mm aufweist. Weiter bevorzugt ist der Krümmungsradius kleiner als 1 mm. Vorteilhafterweise wird durch einen geringen Krümmungsradius eine Kante ausgebildet, durch die eine laminare Strömung des Abwassers effektiv störbar ist.
Vorzugsweise weisen die Vertiefungselemente und/oder die Erhebungselemente einen Boden bzw. ein Plateau auf, wobei sich der Boden bzw. das Plateau im wesentlichen parallel zu der Abwasserseite erstreckt. Die Begriffe Boden und Plateau werden in diesem Zusammenhang synonym verwendet und bezeichnen den von einer Wandung umgebenen— bevorzugt im wesentlichen flachen bzw. ebenen— Bereich einer Vertiefung oder Erhebung.
Vorzugsweise ist der Betrag des Versatzes zwischen Boden bzw. Plateau und Abwasserseite entlang der Normalen N der Abwasserseite größer als 2 mm. Weiter bevorzugt ist der Betrag des Versatzes größer als 3 mm, größer als 5 mm, aber insbesondere kleiner als 10 mm. Durch einen betragsmäßig größeren Versatz ist die lokale Störung vorteilhafterweise ebenfalls größer, jedoch können in Vertiefungen tiefer als 10 mm Partikel sedimentieren und sich an Erhebungen höher als 10 mm mitströmende Gegenstände verfangen und festsetzen.
Vorzugsweise sind die Vertiefungselemente auf der Abwasserseite der Wärmetauscherwandung derart, z.B. als Sicken, ausgebildet, daß die Innenseite der Wärmetauscherwandung im Bereich der Vertiefungselemente die Innenseite der Wärmetauscherkammerwandung zumindest bereichsweise kontaktiert.
Vorteilhafterweise ist die Wärmetauscherkammer mittels der Wärmetauscherwandung und der daran angeordneten
Wärmetauscherkammerwandung ausgebildet, wobei die zumindest bereichsweise Beabstandung der Innenwand der Wärmetauscherwandung von der Innenwand der Wärmetauscherkammerwandung mittels der Vertiefungen erfolgt. Weiter bevorzugt kann die Beabstandung ebenfalls durch stegartige oder spiralförmige Trennelemente bzw. Stege bzw. Schikanen erfolgen. Die stegartigen Trennelemente müssen dabei nicht zwangsläufig in Längsrichtung L angeordnet sein, sondern können auch schräg oder quer dazu ausgebildet sein. Insbesondere kann ein einziges Trennelement ist Form einer Spiralfeder vorgesehen sein, welche zwischen der Wärmetauscherwandung und der Wärmetauscherkammerwandung angeordnet ist und vorzugsweise damit befestigt ist, so daß vorteilhafterweise in einfacher Weise das Wärmetauschmedium auf einem spiralförmigen Fließweg vom Vorlauf zum Rücklauf leitbar ist.
Weiter vorteilhafterweise ist der Fließweg des Wärmetauschmediums vom Vorlauf zum Rücklauf hin innerhalb der Wärmetauscherkammern durch die Vertiefungen lokal gestört, so daß ein Fließen des Wärmetauschmediums turbulent erfolgen kann, wodurch der thermische Kontakt zwischen Wärmetauschmedium und Innenwand der Wärmetauscherwandung verbessert und der Wirkungsgrad der Wärmetauschervorrichtung erhöht wird.
Vorzugsweise sind die Vertiefungselemente und/oder Erhebungselemente kreisförmig mit einem Mittelpunkt M und einem Durchmesser D ausgebildet. Bevorzugt liegt der Durchmesser D zwischen 20 mm und 50 mm, besonders bevorzugt zwischen 25 mm und 40 mm.
Vorzugsweise ist der Abstand der Mittelpunkte M benachbarter Vertiefungselemente zueinander größer ist als das zweifache des Durchmessers (2 D) und kleiner ist als das fünffache des Durchmessers (5 D). Demnach liegt der Abstand benachbarter Mittelpunkte M zwischen 40 mm und 250 mm, weiter bevorzugt zwischen 50 mm und 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 40 mm und 100 mm, weiter besonders bevorzugt zwischen 100 mm und 250 mm. Vorteilhafterweise wird bei den oben genannten geometrischen Verhältnissen verhindert, daß sich lokal eine laminare Strömung ausbildet.
Verwendung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung zumindest einer erfindungsgemäßen Wärmetauschervorrichtung zur Ausbildung einer Wärmetauscheranordnung,
- wobei die Wärmetauschervorrichtung nachträglich in eine bestehende Abwasserrohrleitung eingeführt wird,
- wobei der Vorlauf der Wärmetauscherkammer mit einer Vorlaufleitung verbunden wird,
- wobei der Rücklauf der Wärmetauscherkammer mit einer Rücklaufleitung verbunden wird und
- wobei der Vorlauf und der Rücklauf mit einer Wärmepumpe hydraulisch verbunden wird.
Vorzugsweise kann die Längs- bzw. Quererstreckung der starren Wärmetauschervorrichtung so gewählt werden, daß es durch einen oberirdischen Kanaleinstieg der betreffenden Abwasserrohrleitung einbringbar ist. Entsprechend der üblichen lichten Weite von Kanaleinstiegen soll dabei vorzugsweise eine Längs- bzw. Quererstreckung von etwa 80 cm, besonders bevorzugt von 62,5 cm nicht überschritten sein. Vorteilhafterweise besteht so die Möglichkeit, die einzelnen Wärmetauschervorrichtungen nachträglich in Abwasserrohrleitungen einzubringen, ohne dabei über eine Baugrube Zugang zu den Abwasserrohrleitungen schaffen zu müssen, da die einzelnen Wärmetauschervorrichtungen durch die zahlreich vorhandenen Kanaleinstiege in die Abwasserrohrleitung eingebracht werden können. Somit ist es problemlos möglich, eine oder mehrere Wärmetauschervorrichtungen durch den Kanaleinstieg einzubringen, um sie anschließend in der Abwasserrohrleitung zu verlegen. Bevorzugt werden zum Erlangen eines erforderlichen Wirkungsgrades mehrere einzelne Wärmetauschervorrichtungen in die Abwasserrohrleitung eingebracht und miteinander verbunden. Da der äußere Durchmesser der Wärmetauschervorrichtung kleiner ist als der Innendurchmesser der Abwasserrohrleitung, ist zwischen der inneren Wandung der Abwasserrohrleitung und der Außenseite der Wärmetauschervorrichtung ein Spalt ausgebildet. Bevorzugt liegt die Wärmetauschervorrichtung unmittelbar bereichsweise an der Abwasserrohrinnenwandung auf. Um die Wärmetauschervorrichtung lagesicher in der Abwasserrohrleitung anzuordnen, ist weiter bevorzugt zumindest bereichsweise ein Füllmittel zwischen der Wärmetauschervorrichtung und der Innenwand der Abwasserrohrleitung angeordnet. Das Füllmittel ist vorzugsweise thermisch isolierend, um die Wärmetauschervorrichtung gegenüber dem kalten Erdreich thermisch zu isolieren. Alternativ kann das Füllmittel thermisch leitfähig sein, um zusätzlich die thermische Energie eines warmen Erdreichs mittels der Wärmetauschervorrichtung zu nutzen.
Die Verwendung der vorgeschlagenen Wärmetauschervorrichtungen bietet sich insbesondere im innerstädtischen Bereich an, wo ein Aufgraben zum Erreichen der Abwasserrohrleitung im Regelfall nicht möglich ist. Jedoch sind gerade im innerstädtischen Bereich genügend Kanaleinstiege vorhanden, die ein Einbringen der Wärmetauschervorrichtungen in die Abwasserrohrleitung ermöglichen. Es versteht sich dabei, daß in bekannter Weise die Wärmetauscherkammern der einzelnen Wärmetauschervorrichtungen mit den Vorlauf- und Rücklaufleitungen verbunden sind, so daß das kalte Wärmetauschmedium von der Wärmepumpe über die Vorlaufleitung, durch die vorgenannten Wärmetauscherkammern und schließlich in erwärmtem Zustand über die Rücklaufleitung zurück zur Wärmepumpe strömen kann. Bei der Konfiguration der Wärmetauscherkammern und auch der Auslegungen der Leitungen für den Vorlauf, Rücklauf und die Verteilung des Wärmetauschermediums kann dabei vorteilhafterweise auf das bekannte Tichelmann-System zurückgegriffen werden, um den Wirkungsgrad der Wärmetauschervorrichtungen zu optimieren.
Zweckmäßigerweise kann eine Wärmetauschervorrichtung auch als End- oder Anfangselement ausgebildet sein und dazu an einem seiner freien Enden einen trichterförmig ausgebildeten Bereich aufweisen, so daß sich der vom Abwasser durchflossene Querschnitt der Abwasserrohrleitung kontinuierlich zum Wärmetauscher hin verengt. Somit wird am Anfangsbereich einer Wärmetauschervorrichtung eine Stufe in der Abwasserrohrleitung vermieden, an welcher sich im Abwasser mitgeführte Gegenstände bzw. Partikel ablagern könnten. Je nach den Erfordernissen kann die rampenartige Ausbildung kürzer oder länger sein, um die Steigung entsprechend flacher oder größer auszubilden.
Wärmetauscheranordnung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Wärmetauscheranordnung für Abwasser umfassend:
- eine Abwasserrohrleitung
- zumindest zwei miteinander verbundene erfindungsgemäße Wärmetauschervorrichtungen, die ein Gerinne zur Leitung des Abwassers ausbilden, um Abwasserwärme zu nutzen,
- eine Wärmepumpe mit einem Rücklauf für kaltes Wärmetauschermedium und einem Vorlauf für erwärmtes Wärmetauschermedium,
- einer Vorlaufleitung, welche den Rücklauf der Wärmepumpe mit den Vorläufen der zumindest zwei Wärmetauschervorrichtungen verbindet und
- einer Rücklaufleitung, welche den Vorlauf der Wärmepumpe mit den Rückläufen der zumindest zwei Wärmetauschervorrichtungen verbindet.
Vorzugsweise sind bei einer Wärmetauscheranordnung mehrere Strecken aus miteinander verbundenen Wärmetauschervorrichtungen vorgesehen, da das Abwasser nur über eine bestimmte Strecke hinweg hinsichtlich seiner Temperatur wirtschaftlich ausgenutzt werden kann. Es können deshalb nicht mit Wärmetauschervorrichtungen versehene Bereiche der Abwasserrohrleitung freigelassen werden, in welchen sich neues Abwasser ansammeln kann, welches erst danach wiederum einer neuen Strecke von Wärmetauschervorrichtungen zur Energiegewinnung zugeführt wird.
Vorzugsweise ist zwischen zwei Wärmetauschervorrichtungen ein Hausanschlußmodul vorgesehen, um eine Abwasserzuleitung aus einem Abwasserzulauf zu ermöglichen. Das Hausanschlußmodul umfaßt eine Wandung, an welcher die Vorlauf-, Rücklauf- und Verteilerleitung befestigt sind. Die Wandung ist analog zur Wärmetauscherkammerwandung ausgebildet und weist insbesondere deren Außendurchmesser auf. Ferner umfaßt das Hausanschlußmodul eine Öffnung, welche in der Wandung derart ausgebildet ist, um mit einer Abwasserzulaufleitung verbunden zu werden. Das Hausanschlußmodul weist hingegen keine Wärmetauscherkammer auf.
Vorzugsweise umfaßt die Wärmetauscheranordnung zumindest einen Spül- bzw. Schwallschieber, der, entlang der Fließrichtung L des Abwassers gesehen, von dem eingebrachten Wärmetauschervorrichtungen beabstandet angeordnet ist. Der Spül- bzw. Schwallschieber dient zum zeitweisen Unterbrechen des Abwasserflusses. Bevorzugt ist der Spülschieber im Bereich eines Kanaleinstiegs angeordnet, da dort mehr freier Raum zum Einbau gegeben ist. Ein solcher Spülschieber kann in kurzen Intervallen das Abwasser aufstauen, um es anschließend schwallartig über die Abwasserseiten der Wärmetauschervorrichtungen hinwegströmen zu lassen.
Vorteilhafterweise kann dadurch die Bildung einer Sielhaut weiter vermindert werden, da das schwallartige Abfließen des Abwassers turbulent erfolgt, so daß die Ausbildung einer Sielhaut verringert werden kann. Weiter vorteilhafterweise kann die fließende Abwassermenge gesteuert werden, so daß die zeitlich variabel anfallende Abwassermenge in konstanter Weise über die Wärmetauschervorrichtungen hinweggeführt werden kann. So kann beispielsweise, weil in der Nacht die Abwassermenge gering ist, das Abwasser bei höherem Anfall, beispielsweise am frühen Abend, mittels des betreffenden Schiebers aufgestaut und über Nacht bei abklingendem Abwasseranfall kontinuierlich den Wärmetauschervorrichtungen zugeführt werden. Selbstverständlich bedingt ein solcher Schieber aufgrund des erzeugten Schwalls auch einen Reinigungseffekt durch Abführen schwererer Gegenstände, die sich auf den Wärmetauschervorrichtungen ablagern können.
Die vorangehende Beschreibung der Aspekte der Erfindung ist nicht auf die jeweiligen Aspekte beschränkt. Vielmehr gelten die Ausführungen zu den jeweiligen Aspekten sinngemäß für die weiteren Aspekte der Erfindung. Insbesondere gelten die Ausführungen in Hinsicht auf die Wärmetauschervorrichtung auch für die Verwendung und die Wärmetauscheranordnung bzw. bevorzugte Ausführungsformen bzw. Ausführungsvarianten hiervon. Fiqurenbeschreibung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand begleitender Figuren beispielhaft beschrieben. Einzelne Elemente der beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf die jeweilige Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können Elemente der Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden und neue Ausführungsformen dadurch erstellt werden. Es zeigt
Figur 1 : ein schematisches Blockschaltbild einer Wärmetauscheranordnung, Figur 2: einen Querschnitt durch eine Abwasserrohrleitung mit einer
Ausführungsform der Wärmetauschervorrichtung,
Figur 3: einen Querschnitt durch eine Abwasserrohrleitung mit einer
Ausführungsform der Wärmetauschervorrichtung,
Figur 4a: eine Draufsicht auf eine Wärmetauscherwandung mit kreisförmigen
Vertiefungselementen,
Figur 4b: einen Querschnitt durch eine Wärmetauscherwandung mit kreisförmigen Vertiefungselementen,
Figur 5a: eine Draufsicht auf eine Anordnung von kreisförmigen
Vertiefungselementen und Figur 5b: eine Draufsicht auf eine Anordnung von rechteckigen Vertiefungselementen.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wärmetauscheranordnung 1 mit einer Wärmetauschervorrichtung 3a in einer Abwasserrohrleitung 5. Dargestellt sind eine Vorlaufleitung 15, eine Rücklaufleitung 17 und eine Verteilerleitung 19, die an den Wärmetauscherelementen 3a-c angeordnet sind. Die Vorlaufleitung 15 ist an den Vorläufen 21 und die Rücklaufleitung 17 an den Rückläufen 23 der Wärmetauscherelemente 3a-c angeschlossen. Bevorzugt sind die Verteilerleitung 19 und die Rücklaufleitung 17 durch einen Kanaleinstieg (nicht gezeigt) aus der Abwasserrohrleitung heraus geführt, um an ein im Regelfall oberirdisch angeordnetes Wärmetauschersystem 25 mit einer Wärmepumpe 27 angeschlossen zu sein. Ein Wärmetauschmedium 29 wird nach dem Prinzip von Tichelmann durch die entsprechenden Leitungen geführt. Dabei wird das kalte Wärmetauschmedium 29 von der Wärmepumpe 27 über die Verteilerleitung 19 zum von der Wärmepumpe 27 fernsten Punkt des Leitungssystems geleitet und von dort mittels der Vorlaufleitung 15 zu den Vorläufen 21 der einzelnen Wärmetauschervorrichtungen 3a-c verteilt. Das kalte Wärmetauschmedium 29 strömt dann durch die Wärmetauscherkammern 31 a-c der einzelnen Wärmetauschervorrichtungen 3a-c und schließlich in erwärmten Zustand über die Rücklaufleitung 17 zurück zur Wärmepumpe 27. Wie in der Figur 1 dargestellt, kann das Wärmetauschmedium 29 auf verschiedene Art und Weise durch die Wärmetauscherkammern 31 a-c strömen. Beispielsweise strömt das Wärmetauschmedium 29, insbesondere laminar, auf direktem Weg vom Vorlauf 21 zum Rücklauf 23 der Wärmetauscherkammer 31a. Dagegen sind die Wärmetauscherkammern 31 b und 31 c derart ausgebildet, daß das Wärmetauschmedium 29, insbesondere turbulent, auf einem verlängerten Weg vom Vorlauf 21 zum Rücklauf 23 strömt. Diese Wegverlängerung kann beispielsweise, wie in der Wärmetauscherkammer 31c, mittels geradliniger Trennelemente bzw. Stege bzw. Schikanen 33 oder, wie in der Wärmetauscherkammer 31 b, mittels Störkörpern 35 erfolgen. Bei der Konfiguration der Wärmetauscheranordnung 1 nach dem an sich bekannten Tichelmann-System wird ein hydraulischer Kurzschluß sicher vermieden, so daß der Wirkungsgrad der Wärmetauscheranordnung 1 maximal ist. Der gewünschte Wirkungsgrad der Wärmetauscheranordnung 1 sowie die anfallende Abwassermenge und deren Temperatur sowie die entsprechenden Abwasserrohrleitungsquerschnitte und somit auch die Abmessungen der Wärmetauschervorrichtungen 3a-c bestimmten schließlich die Gesamtanzahl der hintereinander angeordneten Wärmetauschervorrichtungen 3a-c.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Wärmetauscheranordnung 1 mit einer Wärmetauschervorrichtung 3a in einer Abwasserrohrleitung 5.
Eine Wärmetauscherkammerwandung 47 umfaßt eine Außenseite 49, die ausgelegt ist, der Innenwand 13 der Abwasserrohrleitung 5 zugewandt und zumindest bereichsweise von der Innenwand 13 beabstandet angeordnet zu sein. Zwischen der inneren Wandung 13 der Abwasserrohrleitung 5 und der Außenseite 49 der Wärmetauschervorrichtung 3a ist ein Spalt 7 ausgebildet, da der äußere Durchmesser der Wärmetauschervorrichtung 3a kleiner ist als der Innendurchmesser der Abwasserrohrleitung 5. Der Spalt 7 kann zumindest bereichsweise mit einem Füllmittel 9 verfüllt sein. Das Füllmittel 9 kann thermisch isolierend sein, um die Wärmetauschervorrichtung 3a gegenüber dem Erdreich zu isolieren. Alternativ kann das Füllmittel 9 thermisch leitend sein, um zusätzlich die Erdwärme mittels der Wärmetauschervorrichtung 3a zu nutzen. Bevorzugt kann das Füllmittel 9 als Auflager der Wärmetauschervorrichtung 3a dienen. Weiter bevorzugt kann die Wärmetauschervorrichtung 3a aber auch unmittelbar bereichsweise an der Abwasserrohrinnenwandung 13 aufliegen.
Die Wärmetauscherkammerwandung 47 der Wärmetauschervorrichtung 3a ist jedoch immer zumindest bereichsweise von der Abwasserrohrleitung 5 beabstandet angeordnet, so daß die Vorlaufleitung 15 und die Rücklaufleitung 17 in dem Bereich zwischen der Wärmetauscherkammerwandung 47 und der Abwasserrohrinnenwandung 13 anordenbar sind. Die Außenseite 49 der Wärmetauscherkammerwandung 47 ist der Abwasserrohrinnenwandung 13 zugewandt. Im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirstes 11 der Abwasserrohrleitung 5 ist die Wärmetauscherkammerwandung 47 bereichsweise eben ausgebildet und dient bevorzugt bereichsweise als Auflager der Vorlaufleitung 15, der Rücklaufleitung 17 und/oder der Verteilerleitung 19, welche zwischen der Wärmetauscherkammerwandung 47 und der inneren Wandung 13 der Abwasserrohrleitung 5 angeordnet sind. Vorteilhafterweise sind die Leitungen dadurch vor mechanischen Einwirkungen aus Richtung des Abwasserrohrleitungsinneren geschützt.
Eine Wärmetauscherwandung 43 ist aus einem starren, wärmeleitenden Material ausgebildet, wobei die Abwasserseite 41 ausgelegt ist, zumindest bereichsweise
Abwasser 45 thermisch zu kontaktieren bzw. von Abwasser 45 benetzt zu sein.
Auf der Abwasserseite 41 können zumindest bereichsweise Vertiefungselemente
(nicht gezeigt) angeordnet sein, deren Kontur entlang einer Konturrichtung K verläuft, die im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist, um eine laminare Abwasserströmung entlang der Längsrichtung L zu stören. Die
Längsrichtung L steht in dieser Figur senkrecht zur Blattebene und ist zum
Betrachter gerichtet.
Die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 sind vorzugsweise durch einen oder mehrere Steg(e) (nicht gezeigt) voneinander beabstandet miteinander verbunden. Diese Verbindung kann vorzugsweise durch Verschweißen erfolgen.
Die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 sind voneinander beabstandet angeordnet, um zwischen der Wärmetauscherwandung 43 und der Wärmetauscherkammerwandung 47 bereichsweise eine Wärmetauscherkammer 31a auszubilden, die mittels eines Vorlaufs 21 bzw. einer Vorlaufleitung 15 und eines Rücklaufs 23 bzw. einer Rücklaufleitung 17 mit dem Äußeren hydraulisch verbunden ist. Die Vorlaufleitung 15, die Rücklaufleitung 17 und/oder die Verteilerleitung 9 sind im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirst 11 anordenbar.
Alternativ kann die Wärmetauschervorrichtung 3a derart in die Abwasserrohrleitung 5 eingebracht werden, daß die Vorlaufleitung 15, die Rücklaufleitung 17 und/oder die Verteilerleitung 19 im Bereich der Abwasserrohrleitungssohle 12 angeordnet sind. Bevorzugt können dann ebenfalls die Vorlaufleitung 15, die Rücklaufleitung 17 und/oder die Verteilerleitung 19 als Auflager der Wärmetauschervorrichtung 3a dienen und zwar mit dem Bereich, mit welchem sie die Abwasserrohrinnenwandung 13 berühren bzw. an dieser anliegen.
Es versteht sich dabei, daß die Querschnittsausbildung der Wärmetauschervorrichtung 3a einschließlich der Lage der Vorlaufleitungen 15, der Rücklaufleitung 17 und der Verteilerleitung 19 so ausgelegt wird, daß sie an den jeweiligen Querschnitt der betreffenden Abwasserrohrleitung 5 angepaßt werden können. Um die Wärmetauschervorrichtung 3a in die Abwasserrohrleitung 5 einzubringen, ohne dabei die freien Enden der Abwasserrohrleitung 5 mittels Baugruben freilegen zu müssen, sind ferner die Abmessungen der einzelnen Wärmetauschervorrichtungen 5 so ausgebildet, daß die Wärmetauschervorrichtungen 5 durch einen Kanaleinstieg in die Abwasserrohrleitung 5 und dann entlang bzw. entgegen der Längsrichtung L der Abwasserrohrleitung 5 in die Endposition gebracht werden kann. Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Wärmetauscheranordnung 1 mit einer weiteren Ausführungsform einer Wärmetauschervorrichtung 3b in einer Abwasserrohrleitung 5. Die zu der Figur 2 identischen Merkmale sind in der Figur 3 mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Eine Wärmetauscherkammer 31 b steht analog zu der oben beschriebenen Ausführungsform mittels eines Vorlaufs 21 bzw. einer Vorlaufleitung 15 und eines Rücklaufs 23 bzw. einer Rücklaufleitung 17 mit dem Äußeren hydraulisch in Verbindung. In dieser Ausführungsform sind der Vorlauf 21 und der Rücklauf 23 jedoch an der Wärmetauscherwandung 43 angeordnet.
Ein Schutzelement 37 ist derart an der Wärmetauscherwandung 43 angeordnet bzw. befestigt, daß zwei entgegengesetzte Enden 39a, 39b des Schutzelementes mit der Wärmetauscherwandung 43 verbunden sind, so daß Vorlauf 21 und Rücklauf 23 zwischen dem Schutzelement 37 und der Wärmetauscherwandung 43 angeordnet bzw. eingeschlossen sind. Bevorzugt kann ebenfalls die Verteilerleitung 19 zwischen dem Schutzelement 37 und der Wärmetauscherwandung 43 angeordnet sein. Durch das Schutzelement 37 wird verhindert, daß sich mit dem Abwasser 45 mitgeführte Gegenstände an der Verrohrung verfangen bzw. festsetzen können, wodurch unvorteilhafterweise der für das Abwasser verfügbare Leitungsquerschnitt verringert würde. Das Schutzelement 37 kann als wasserundurchlässige Platte 37 ausgebildet sein, wodurch die Vorlaufleitung 15, die Rücklaufleitung 17 und die Verteilerleitung 19 vor dem Abwasser geschützt sind bzw. davon getrennt sind. Vorteilhafterweise sind die Leitungen dann auch vor dem korrosiven Abwasser 45 geschützt. Das Schutzelement 37 kann bevorzugt als Siebplatte 37 ausgebildet sein, so daß Partikel mit einem vorbestimmbaren maximalen Partikeldurchmesser die Siebplatte 37 nicht passieren können. Vorteilhafterweise steht dem Abwasser 45 mehr Platz innerhalb der Wärmetauschervorrichtung 3b zur Verfügung, wobei die Leitungen, Vor- und Rücklauf sowie deren Befestigungseinrichtungen vor Gegenständen geschützt sind, die mit dem Abwasser 45 mitgeführt werden und sich daran festsetzen können. Bevorzugt ist das Schutzelement 37 aus einem korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl oder Kunststoff, hergestellt.
Die Vorlaufleitung 15, die Rücklaufleitung 17 und/oder die Verteilerleitung 19 sind zweckmäßigerweise im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirst 11 anordenbar bzw. in betriebsgemäßen Gebrauch der Wärmetauschervorrichtung 3b im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirstes 11 angeordnet, da das Schutzelement 37 nicht als Wärmetauschfläche fungiert und deshalb bevorzugt nicht mit dem Abwasser 45 kontaktieren soll.
Die Figur 4a zeigt eine Draufsicht auf eine Wärmetauscherwandung 43 in entrolltem bzw. noch nicht gekrümmten Zustand mit kreisförmigen Vertiefungselementen 53. Ein Querschnitt durch die Wärmetauscherwandung 43 entlang der Strecke A-B ist in Figur 4b gezeigt.
Die Wärmetauscherwandung 43 ist aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet, wobei die Abwasserseite 41 ausgelegt ist, zumindest bereichsweise Abwasser thermisch zu kontaktieren bzw. von Abwasser benetzt zu sein. Auf der Abwasserseite 41 sind zumindest bereichsweise Vertiefungselemente 53 angeordnet, deren Kontur entlang einer Konturrichtung K verläuft, die im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist, um eine laminare Abwasserströmung entlang der Längsrichtung L zu stören.
Bevorzugt sind die Vertiefungselemente 53 als kreisförmige Sicken bzw. Einpressungen ausgebildet, die eine umlaufende Wandung 55 und einen Boden 57 aufweisen. Die Wandung 55 erstreckt sich im wesentlichen senkrecht zum umliegenden Bereich der Abwasserseite 41 , während sich der Boden 57 im wesentlichen parallel dazu erstreckt. Der Betrag des Versatzes zwischen Boden 57 und umliegender Abwasserseite 41 ist vorzugsweise größer als 2 mm, weiter bevorzugt größer als 3 mm, insbesondere größer als 5 mm, aber bevorzugt kleiner als 10 mm. Der Durchmesser der Vertiefungselemente 53 liegt vorzugsweise zwischen 20 mm und 50 mm, wobei der Abstand der Mittelpunkte M benachbarter Vertiefungselemente 53 zueinander größer ist als das zweifache des Durchmessers (2 D) und kleiner ist als das fünffache des Durchmessers (5 D).
Die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 sind voneinander bereichsweise beabstandet angeordnet, um zwischen der Wärmetauscherwandung 43 und der Wärmetauscherkammerwandung 47 bereichsweise eine Wärmetauscherkammer 31 b auszubilden, die mittels eines Vorlaufs und eines Rücklaufs mit dem Äußeren hydraulisch verbunden ist. Bevorzugt kontaktieren die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 bereichsweise einander im Bereich der Böden 57 der Wärmetauscherwandung 43. Weiter vorzugsweise können die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 im Bereich der Böden 57 durch eine oder mehrere Schweißpunkte 58 miteinander verbunden sein.
Vorteilhafterweise wird die Bildung einer Sielhaut auf der Wärmetauscherwandung 43 mittels der lokalen Variation der Fließgeschwindigkeit des Abwassers vermindert, wobei die lokale Variation durch die Vertiefungselemente 53 erzeugt wird. Weiter vorteilhafterweise bewirken die Vertiefungselemente 53 eine Versteifung der Wärmetauscherwandung 43, so daß gegenüber einer ebenen Wandung die gleiche Verwindungs- bzw. Biegefestigkeit mit einer geringeren Materialstärke des Wandungsmaterials erreicht werden kann, wodurch ein verbesserter thermischer Kontakt bzw. eine verbesserte Wärmeübertragung erreicht wird.
Die Wärmetauscherwandung 43 und die Wärmetauscherkammerwandung 47 sind vorzugsweise an den bzw. entlang der freien Enden 51 der Wärmetauscherwandung 43 miteinander verbunden. Diese Verbindung kann vorzugsweise durch Verschweißen und/oder durch Bördeln erfolgen.
Die in der Figur 4a gezeigte Wärmetauscherwandung 43 weist in den Endbereichen eine Anschlußkonfiguration 59 zum zugfesten Anschluß bzw. zur Befestigung einer weiteren Wärmetauscherwandung (nicht gezeigt) auf. Die Befestigung erfolgt vorzugsweise durch Verschrauben, wobei die Anschlußkonfiguration 59 vorzugsweise Löcher 59 mit oder ohne Innengewinde sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Anschlußkonfiguration 59 Klemm- und/oder Steckverbindungen aufweisen. Die Wärmetauscherwandung 43 umfaßt weiter vorzugsweise ein Entlüftungsventil 61 , so daß die Wärmertauscherkammer 31 b mittels des Entlüftungsventils hydraulisch mit dem Äußeren verbindbar ist. Das Entlüftungsventil 61 kann vorzugsweise ein Überdruckventil oder eine Dichtschraube sein. Figur 5a zeigt eine Draufsicht einer Anordnung von kreisförmigen Vertiefungselementen 53. Die Vertiefungselemente 53 bilden mit der Oberfläche der Wärmetauscherwandung 43 bzw. mit der Abwasserseite 41 eine geschlossene Kontur 63. Die Tangente an einem beliebigen Punkt der Kontur 63 zeigt in Richtung der Konturrichtung K. Die Konturrichtung K ist an zumindest 50 %, bevorzugt zumindest 70 %, besonders bevorzugt zumindest 85 % der Punkte der Kontur von der Längsrichtung L verschieden, wobei die Richtungsdifferenz zwischen der Konturrichtung K und der Längsrichtung L an diesen Punkten bevorzugt größer als 10 Grad, besonders bevorzugt größer als 45 Grad ist. Dadurch wirken die Vertiefungselemente 53 als Störkörper im Abwasserstrom, so daß Turbulenz erzeugt wird.
Der Durchmesser der kreisförmigen Vertiefungselemente 53 liegt vorzugsweise zwischen 20 mm und 50 mm, wobei der Abstand der Mittelpunkte M benachbarter Vertiefungselemente 53 zueinander größer ist als das zweifache des Durchmessers (2 D) und kleiner ist als das fünffache des Durchmessers (5 D).
Figur 5b zeigt eine Draufsicht einer Anordnung von rechteckigen Erhebungselementen 53. Die Tangente an einem beliebigen Punkt der geschlossenen Kontur 63 mit der Konturrichtung K ist ebenfalls an zumindest 50 %, bevorzugt zumindest 70 %, besonders bevorzugt zumindest 85 % der Punkte der Kontur von der Längsrichtung L verschieden, wobei die Richtungsdifferenz zwischen der Konturrichtung K und der Längsrichtung L an diesen Punkten bevorzugt größer als 10 Grad, besonders bevorzugt größer als 45 Grad ist. Dadurch wirken die Erhebungselementen 53 als Störkörper im Abwasserstrom, so daß Turbulenz erzeugt wird.
Die Breite der Erhebungselemente 53 liegt vorzugsweise zwischen 2 mm und 20 mm, wobei der Abstand zwischen benachbarten Erhebungselementen 53 zueinander größer ist als das zweifache der Breite und kleiner ist als das fünffache der Breite.
Es versteht sich, daß die Vertiefungs- bzw. Erhebungselemente 53 insbesondere auch eine Kontur 63 aufweisen können, die im wesentlichen dreieckig, quadratisch, sechseckig, oval und/oder gewellt sein ist. Ferner können die einzelnen Vertiefungs- bzw. Erhebungselemente 53 zueinander regellos, trigonal, quadratisch, rechteckig, oder hexagonal angeordnet sein.
Bezuqszeichenliste
1 Wärmetauscheranordnung
3a-c Wärmetauschervorrichtung
5 Abwasserrohrleitung
7 Spalt 9 Füllmittel
11 Abwasserrohrleitungsfirst
12 Abwasserrohrleitungssohle
13 innere Wandung der Abwasserrohrleitung 5
15 Vorlaufleitung
17 Rücklaufleitung
19 Verteilerleitung
21 Vorlauf
23 Rücklauf
25 Wärmetauschersystem
27 Wärmepumpe
29 Wärmetauschmedium
31 a-c Wärmetauscherkammer
33 Steg bzw. Schikane
35 Störkörper
37 Schutzelement
39 freier Enden des Schutzelementes 37
41 Abwasserseite 41 der Wärmetauscherwandung 43
43 Wärmetauscherwandung
45 Abwasser
47 Wärmetauscherkammerwandung
49 Außenseite der Wärmetauscherkammerwandung 47
51 freies Ende der Wärmetauscherwandung 43
53 Vertiefungselement
55 Wandung
57 Boden
58 Schweißpunkt
59 Anschlußkonfiguration
61 Entlüftungsventil
63 Kontur
L Längsrichtung
K Konturrichtung
M Mittelpunkt
D Durchmesser

Claims

Patentansprüche
Wärmetauschervorrichtung zum Einbringen in eine sich entlang einer Längsrichtung L erstreckende Abwasserrohrleitung (5) umfassend:
- eine Wärmetauscherwandung (43) aus einem starren, wärmeleitenden Material mit
einer Abwasserseite (41 ), welche ausgelegt ist, mit Abwasser (45) zu kontaktieren und
einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit einem Wärmetauschmedium (29) zu kontaktieren, und
- eine Wärmetauscherkammerwandung (47) mit
einer Innenseite, die ausgelegt ist, zumindest bereichsweise mit dem Wärmetauschmedium (29) zu kontaktieren,
einer Außenseite (49), die ausgelegt ist, der Abwasserrohrleitungsinnenwand (13) zugewandt und zumindest bereichsweise mit der Abwasserrohrleitungsinnenwand (13) mittelbar oder unmittelbar kontaktierend angeordnet zu sein, wobei die Wärmetauscherwandung (43) die Innenwandung eines rohrförmigen Körpers ausbildet,
wobei die Wärmetauscherwandung (43) und die Wärmetauscherkammerwandung (47) zumindest bereichsweise derart voneinander beabstandet angeordnet sind, daß zwischen der Wärmetauscherwandung (43) und der Wärmetauscherkammerwandung (47) bereichsweise eine Wärmetauscherkammer (31 a-c) ausgebildet wird,
wobei die Wärmetauscherkammer (31 a-c) mittels eines Vorlaufs (21 ) und eines Rücklaufs (23) mit dem Äußeren verbindbar ist, wobei der Vorlauf (21 ) und/oder der Rücklauf (23) an der Wärmetauscherwandung (43) angeordnet sind.
2. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1 , weiter umfassend ein Schutzelement (37), wobei das Schutzelement (37) mit zwei seiner entgegengesetzten Enden (39a, 39b) mit der Wärmetauscherwandung (43) kontaktiert, so daß Vorlauf (21 ) und Rücklauf (23) zwischen dem Schutzelement (37) und der Wärmetauscherwandung (43) angeordnet sind.
3. Wärmetauschervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Vorlauf (21 ) und der Rücklauf (23) im Bereich des Abwasserrohrleitungsfirstes (11 ) angeordnet sind.
4. Wärmetauschervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rücklauf (23) in Längsrichtung L von dem Vorlauf (21 ) beabstandet angeordnet ist.
5. Wärmetauschervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmetauscherkammer (31 a-c) von dem Vorlauf (21 ) zum Rücklauf (23) spiralförmig um die Längsrichtung L drehend ausgebildet ist.
6. Wärmetauschervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmetauschervorrichtung ein spiralförmiges Distanzelement umfaßt, welches zwischen der Wärmetauscherwandung (43) und der Wärmetauscherkammerwandung (47) angeordnet ist.
7. Wärmetauschervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmetauschervorrichtung (3a-c) in den Endbereichen Anschlusskonfigurationen (59) zum druckdichten und zugfesten Anschluß einer oder mehrerer weiterer Wärmetauschervorrichtungen (3a-c) aufweist.
8. Wärmetauschervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei auf der Abwasserseite (41 ) der Wärmetauscherwandung (43) zumindest bereichsweise Vertiefungselemente (53) und/oder Erhebungselemente (53) angeordnet sind, deren Kontur (63) entlang einer Konturrichtung K verläuft, die im wesentlichen verschieden von der Längsrichtung L ist, um eine laminare Abwasserströmung entlang der Längsrichtung L zu stören.
9. Verwendung zumindest einer Wärmetauschervorrichtung (3a-c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Ausbildung einer Wärmetauscheranordnung,
- wobei die Wärmetauschervorrichtung (3a-c) nachträglich in eine bestehende Abwasserrohrleitung (5) eingeführt wird,
- wobei der Vorlauf (21 ) der Wärmetauscherkammer (31a-c) mit einer Vorlaufleitung (15) verbunden wird,
- wobei der Rücklauf (23) der Wärmetauscherkammer (31a-c) mit einer Rücklaufleitung (17) verbunden wird und
- wobei der Vorlauf (21 ) und der Rücklauf (23) mit einer Wärmepumpe (27) hydraulisch verbunden wird.
10. Wärmetauscheranordnung für Abwasser umfassend:
- eine Abwasserrohrleitung (5)
- zumindest zwei miteinander verbundene Wärmetauschervorrichtungen (3a-c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ein Gerinne zur Leitung des Abwassers (45) ausbilden, um Abwasserwärme zu nutzen,
- eine Wärmepumpe (27) mit einem Rücklauf für kaltes Wärmetauschermedium (29) und einem Vorlauf für erwärmtes Wärmetauschermedium (29),
- einer Vorlaufleitung (15), welche den Rücklauf der Wärmepumpe (27) mit den Vorläufen (21 ) der zumindest zwei Wärmetauschervorrichtungen (3a-c) verbindet und
- einer Rücklaufleitung (17), welche den Vorlauf der Wärmepumpe (27) mit den Rückläufen (23) der zumindest zwei Wärmetauschervorrichtungen (3a-c) verbindet.
PCT/EP2011/002201 2010-05-07 2011-05-03 Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung WO2011138011A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11720379A EP2567170A2 (de) 2010-05-07 2011-05-03 Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010019734A DE102010019734A1 (de) 2010-05-07 2010-05-07 Wärmetauschervorrichtung, Verwendung und Wärmetauscheranordnung
DE102010019734.3 2010-05-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011138011A2 true WO2011138011A2 (de) 2011-11-10
WO2011138011A3 WO2011138011A3 (de) 2012-02-23

Family

ID=44118746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/002201 WO2011138011A2 (de) 2010-05-07 2011-05-03 Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2567170A2 (de)
DE (1) DE102010019734A1 (de)
WO (1) WO2011138011A2 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014000083B4 (de) 2014-01-02 2017-12-07 Dr. Mirtsch Gmbh Verfahren zum Herstellen einer partiell dreidimensional wölbförmig strukturierten Materiaibahn, partiell dreidimensional wölbförmig strukturierte Materialbahn, Verwendung derselben und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben
DE102018003689A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Uhrig Energie Gmbh Wärmetauscherelement, Wärmetauschermodul und Wärmetauschersystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202004018084U1 (de) 2004-11-22 2005-02-03 Schulte, Joachim Absorber für ein Rohr- oder Kanalbauwerk sowie Rohr- oder Kanalbauwerk mit einem solchen Absorber

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3338189C2 (de) * 1983-10-20 1987-02-05 Walter Neukirchen Kroll Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Abwasser
CH690108C1 (de) * 1996-05-31 2004-01-30 Rabtherm Ag I G Installation zum Entzug von Waerme aus Abwasser.
DE10062337A1 (de) * 2000-12-14 2002-07-04 Detlef J Zimpel Vorrichtung zum Entsorgen von Abwasser
JP2003027569A (ja) * 2001-07-12 2003-01-29 Katsuto Naza 下水道用ｉｔパイプ
DE102006008379B4 (de) * 2006-02-21 2011-03-31 Henze, Michael, Dipl.-Ing. Rohrsystem zur Abwasserentsorgung und Wärmerückgewinnung
CA2737359A1 (en) * 2008-09-16 2010-03-25 Lyonnaise Des Eaux France Installation for removing heat from flowing water

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202004018084U1 (de) 2004-11-22 2005-02-03 Schulte, Joachim Absorber für ein Rohr- oder Kanalbauwerk sowie Rohr- oder Kanalbauwerk mit einem solchen Absorber

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010019734A1 (de) 2011-11-10
WO2011138011A3 (de) 2012-02-23
EP2567170A2 (de) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005048689B3 (de) Wärmetauscher zur Abwasserwärmenutzung
EP2459951B1 (de) Wärmetauschervorrichtung und verwendung
DE102006012903B3 (de) Erdwärmesonde
EP1815073A1 (de) ABSORBER FüR EIN ROHR- ODER KANALBAUWERK SOWIE ROHR- ODER KANALBAUWERK MIT EINEM SOLCHEN ABSORBER
WO2009144233A1 (de) Vorrichtung und anlage zum speichern von thermischer energie
DE102006008379B4 (de) Rohrsystem zur Abwasserentsorgung und Wärmerückgewinnung
DE102016000176A1 (de) Wärmetauschervorrichtung
WO2009062721A2 (de) Geothermiesystem
WO2009068245A1 (de) Fluidverteilungselement für eine fluidführende vorrichtung, insbesondere für ineinander verschachtelte mehrkanalartige fluidführungsapparate
DE102010019728B4 (de) Wärmetauschervorrichtung, Verwendung, Wärmetauscheranordnung
WO2015007683A1 (de) Energiespeichersystem mit einem eisspeicher
EP3102900A1 (de) Zum wärme- und/oder stoffaustausch geeigneter plattenapparat
WO2014000852A1 (de) Wärmemanagementsystem
WO2011138011A2 (de) Wärmetauschervorrichtung, verwendung und wärmetauscheranordnung
DE212015000177U1 (de) Säulenförmige Wärmeübertragungsvorrichtung und Rohrleitung zur Wärmeübertragung der Fluidsubstanzen
DE102012105539A1 (de) Wärmenutzungsanlage
DE102018003689A1 (de) Wärmetauscherelement, Wärmetauschermodul und Wärmetauschersystem
DE102007031084B4 (de) Abwasserrohr mit Wärmetauscherelement
DE102008049731A1 (de) Erdwärmesonde
WO2011060936A2 (de) Wärmeübertrager
DE202005011321U1 (de) Koaxiales Doppelrohr zur Aufnahme und Durchleitung von flüssigen und gasförmigen Medien
DE202009004513U1 (de) Gitterplatten mit Abstandshaltern
DE102009005296A1 (de) Turbulenzwärmetauscher aus einem System von Hüllrohr und Innenohr für Abwässer und Oberflächenwässer
WO2017032389A1 (de) Vorrichtung zum einspeisen eines fluids und deren verwendung
WO2008058687A1 (de) Wärmeübertrager

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11720379

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011720379

Country of ref document: EP