DE3246586A1

DE3246586A1 - Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung der in abwaessern enthaltenen waerme

Info

Publication number: DE3246586A1
Application number: DE19823246586
Authority: DE
Inventors: Herbert 4500 Osnabrück Vogelsang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-16
Filing date: 1982-12-16
Publication date: 1984-08-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Rückgewinnung der in Abwässern
enthaltenen Wärme

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung der in Abwässern enthaltenen Wärme durch einen Wärmetauschprozeß.

Es sind bereits eine Reihe von Vorschlägen bekannt, die sich damit befassen, die in Haushaltsabwässern enthaltene Wärme zurückzugewinnen, indem man die Abwässer an einem Wärmetauscher vorbeileitet. Dieses Verfahren hat sich jedoch nicht als sinnvoll erwiesen, da die in den Abwässern enthaltenen Rückstände allmählich zu einer Verschmutzung des Wärmetauschers führten, so daß letztlich ein Wärmeübergang von den Abwässern zu dem im Wärmetauscher umlaufenden Medium nicht mehr möglich war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine Verschmutzung des Wärmetauschers weitestgehend vermieden ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Temperatur des Abwassers ständig gemessen wird, daß bei überschreiten eines einstellbaren Temperaturwertes das Abwasser durch einen Bypaß geleitet wird, daß dem" Abwasser dort über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen wird, daß die Wärme, z. B. zur Erwärmung des Brauch- bzw. Heizwassers bzw. über einen Wärmepumpenprozeß, nutzbar gemacht und das abgekühlte Abwasser wieder in den Abwasserkanal eingeleitet wird.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die stark verschmutzten Abwässer, die zu einer Verschmutzung des Wärmetauschers führen, einen geringen Wärmeinhalt haben, wogegen die Abwässer mit einem höheren Wärmeinhalt relativ sauber sind. So sind beispielsweise die Abwässer, die aus der Toilettenspülung herrühren, einmal kalt, zum

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anderen auch verschmutzt, während die Abwasser, die beispielsweise vom Badewasser, vom Duschen, aus der Geschirrspülmaschine bzw. aus der Waschmaschine kommen, eine Temperatur von manchmal bis zu 95 ⁰C und eine relativ geringe Verschmutzung aufweisen. Erfindungsgemäß werden also nur die Abwasser zur Rückgewinnung der Wärme herangezogen, die eine relativ hohe Temperatur und einen geringen Verschmutzungsgrad aufweisen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Abwasser im Bypaß gespeichert und nach Unterschreiten einer Mindesttemperatur in den Abwasserkanal eingeleitet. Durch die Speicherung wird erreicht, daß genügend Zeit vorhanden ist, dem Abwasser bis zur Mindesttemperatur die Wärme zu entziehen. Zu einer besonders wirtschaftlichen Lösung gelangt man, wenn dem durch den Bypaß strömenden Abwasser zunächst Wärme zur Erwärmung des Brauch- oder Heizwassers und nach Unterschreiten der Brauchwasser- bzw. der Vor lauf temperatur der Heizungsanlage über einen Wärmepumpenprozeß weitere Wärme entzogen wird. Gelangen beispielsweise 100 1 aus dem Kochwaschgang der Waschmaschine von ca. 95° in den Bypaß und wird in einer ersten Stufe dort die Temperatur des Abwassers von 95° auf beispielsweise 50° herabgesenkt, so kann man in dieser Stufe 4 500 kcal zurückgewinnen. Entzieht man der Menge Abwasser in einer zweiten Stufe weiter Wärme und senkt dabei die Temperatur von 50 ⁰C auf z. B. 2 ⁰C ab - hierfür würde sich vorzugsweise ein Wärmepumpenprozeß anbieten - , so kann man weitere 4 800 kcal zurückgewinnen.

Für den Fall, daß über einen längeren Zeitraum kein Abwasser mit entsprechend hoher Temperatur anfällt, werden die Empfänger der zurückgewonnenen Wärme nach herkömmlicher Art beheizt. Das bedeutet, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Rückgewinnung nur zusätzlich zu den herkömmlichen Aggregaten, wie Brauchwasserbereiter und Heizungsanlage, angewendet werden kann.

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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die sich dadurch auszeichnet, daß in der Abwasserleitung an leicht zugänglicher Stelle ein Bypaß angeordnet ist, daß innerhalb des Bypaß zumindest ein Wärmetauscher vorgesehen ist, daß in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Bypaß ein Temperaturfühler angeordnet ist, der eine Klappe zur Öffnung und Schließung der Abwasserleitung betätigt. Die Klappe ist selbstredend in Strömungsrichtung gesehen, hinter der Öffnung des Bypaß angeordnet. Sie ist im Normalfall geöffnet, d. h., das Abwasser strömt durch die Abwasserleitung direkt in den Abwasserkanal.

Fließt jedoch Abwasser von einer höheren Temperatur, beispielsweise • 30 ⁰C - dieser Wert ist jedoch einstellbar -, so schließt die Klappe das Abwasserrohr und leitet das warme Abwasser in den Bypaß. Ist dieser gefüllt, so öffnet sich die Klappe wieder und das Abwasser entströmt ungenutzt. Erst in dem Augenblick, in dem die Temperatur innerhalb des Bypaß niedriger ist als die Temperatur des ablaufenden Abwassers, wird die Klappe wieder geschlossen und führt dem Bypaß wärmeres Abwasser zu. Am Eingang des Bypaß ist ein Sieb angeordnet, welches den Zutritt von größeren Schmutzteilchen in den Bypaß verhindern soll. Auf eine gesonderte Klappe zum Verschließen des Bypaß kann"verzichtet werden, wenn die Bypaß-Öffnung innerhalb der Rohrwandung des Abwasserrohres angeordnet ist. Um dennoch eine Möglichkeit zur Reinigung der Wärmetauscher zu haben, sollte der Bypaß eine Revisionsöffnung aufweisen. Zweckmäßigerweise ist dies der Deckel des Speichers.

Um weiterhin der Verschmutzung der Wärmetauscher entgegenzuwirken, sind die im Bypaß angeordneten Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Als Material für die Wärmetauscher ist ein korrosionsbeständiges Material erforderlich. Hier bieten sich vorzugsweise Metalle, z. B. Kupfer, Edelstahl oder auch eloxiertes Aluminium an. Man könnte jedoch auch an Kunststoff-Plattenwärmetauscher denken, jedoch sind diese wegen ihres geringeren Wärmeleitkoeffizienten gegenüber Wärmetauschern aus Metall benachteiligt.

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Es sollten mindestens zwei Wärmetauscher, in Strömungsriehtung des Abwassers gesehen, hintereinander angeordnet sein, von denen der erste Wärmetauscher der Brauchwasserbereitung bzw. der Heizungsanlage direkt zugeführt, während der zweite Teil einer Wärmepumpenanlage ist. In jedem Wärmetauscherkreislauf sollte eine Umwälzpumpe angeordnet sein, die nur solange das Wärmetauschermedium umwälzt, solange die Temperatur im Bypaß höher ist als im entsprechenden Teil der Brauchwasserbereitung bzw. der Heizungsanlage oder der Wärmepumpe. Die Steuerung der Umwälzpumpen geschieht über eine Vergleichsmessung der Temperatur im Bypaß und der Temperatur des Brauchwasserbereiters bzw. der Vor lauftemperatur der Heizungsanlage bzw. der Kaltseite der Wärmepumpenanlage.

Zweckmäßigerweise ist der Bypaß durch einen Behälter gebildet, der durch eine horizontal verlaufende Wand in zwei übereinander angeordnete Kammern aufgeteilt ist, die durch eine, öffnung in der Wand miteinander verbunden sind, bei dem das Abwasser in die obere Kammer einläuft und aus der unteren Kammer ausläuft und bei dem jede Kammer ein Fassungsvermögen von mindestens 100 1 hat und in jeder Kammer zumindest ein Wärmetauscher angeordnet ist. Durch die öffnung in der Wand strömt das beispielsweise auf 50 ⁰C abgekühlte Abwasser in die untere Kammer, in der ihm weitere Wärme entzogen wird. Um die Wärmeverluste nach außen möglichst gering zu halten, ,sollte der Behälter doppelwandig ausgebildet sein und der zwischen den Wandungen vorgesehene Hohlraum mit Schaumstoff ausgefüllt sein. Als Material für den Behälter bietet sich hier schlagfester Kunststoff an.

Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

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Hierin ist mit 1 eine Abwasserleitung bezeichnet, in welcher alle im Gebäude anfallenden Abwasser gesammelt werden, über ein Abzweigrohr 2 und Ab lauf rohr 3 ist ein Behälter 4 in Form eines Bypaß mit dem Abwasserrohr 1 verbunden. Der Behälter 4 ist in zwei Kammern 5 und 6 mittels einer Trennwand 7 unterteilt, die eine Durchtrittsöffnung 8 aufweist. In der Kammer 5 ist ein Wärmetauscher 9 angeordnet, der aus einer Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Platten besteht. Mittels einer Umwälzpumpe 10 kann ein Wärmetauschermedium in dem Wärmetauscher 9 umgewälzt werden und einem Wärmetauscher 11 zugeführt werden, der innerhalb eines Brauchwasserbereiters 12 bzw. dem Heizkessel einer Heizungsanlage angeordnet ist. Mit 13 ist ein Wärmetauscher bezeichnet, der dem Kessel bzw. dem Bereiter 12 Wärme zuführt, wenn am Wärmetauscher 11 keine Wärme anfällt und dennoch Wärme vom Kessel bzw. vom Bereiter angefordert wird. Auch in der unteren Kammer 6 ist ein gleichartig aufgebauter Wärmetauscher 14 angeordnet, dessen Wärmetauschermedium über die Pumpe 15 einem Wärmetauscher 16 zugeführt wird. Der Wärmetauscher 16 ist in einem Tauschbehälter 17 angeordnet, in den ein weiterer Wärmetauscher 18 hineinragt, der als Verdampfer einer Wärmepumpen an lage ausgebildet ist. --.. _:"

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Mittels eines Thermofühlers 19 wird das in der Abwasserleitung 1 strömende Abwasser ständig gemessen. Hat das Abwasser beispielsweise eine Temperatur von mehr als 30 ⁰C, dies ist der Fall bei Badewasser, Duschwasser, Abwasser der Waschmaschine bzw. des Geschirrspülers, so wird eine Klappe 20 in der Abwasserleitung 1 betätigt, die den Querschnitt der Abwasserleitung 1 absperrt. Das auf diese Weise zurückgehaltene warme Abwasser strömt durch den Zulauf 2 in die Kammer 5. Gröbere Schmutzteilchen werden durch ein Sieb 21 zurückgehalten. Mittels eines Thermofühlers 22 und eines Thermofühlers 23 werden die Temperatüren der in den Behältern 5 und 12 befindlichen Medien gemessen und für den Fall, daß die Temperatur im Behälter 5 höher ist, wird die Umwälzpumpe 10 eingeschaltet und das Wärmetauschermedium solange umgewälzt,

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BAD ORIGINAL

bis die Temperaturen in den Behältern 5 und 12 gleich sind. Das Fassungsvermögen der Kammer 5 ist so bemessen, daß mindestens die Wassermenge einer Waschmaschine Aufnahme finden kann. Um einen Rückstau des Abwassers innerhalb der Abwasserleitung 1 zu verhindern, ist die Klappe 20 gewichtsgesteuert, d. h., wenn beispielsweise die Abwassersäule über die Oberkante des Einlasses 2 steigt, gibt die Klappe 20 den Querschnitt zumindest teilweise frei und läßt das Abwasser nach unten wegströmen.

Hat sich nun das Abwasser in der Kammer 5 soweit abgekühlt, daß es eine gleiche Temperatur wie das Brauchwasser bzw. das Heizwasser in dem Kessel 12 hat, wird die Pumpe 10 über den Rechner 24 abgeschaltet und gleichzeitig ein Schieber 25 geöffnet. Das auf ca. 50 ⁰C abgekühlte Abwasser strömt dann in den Behälter 6 und wird dort zunächst gespeichert. Auch hier wird die Temperatur des Abwassers mittels eines Fühlers 26 gemessen und mit der im Tauschbehälter 17 vorherrschenden Temperatur über einen Temperaturfühler 27 verglichen, über einen Rechner 28 wird dann, wenn die Temperatur im Behälter 6 höher liegt als im Tauschbehälter 17, die Pumpe 15 betätigt· tmd das Wärmetauschmedium solange umgewälzt, bis wiederum beide Temperaturen gleich sind. Dann wird ein Schieber 29 betätigt, welcher das Abwasser aus der Kammer 6 entläßt. Der Behälter 4 ist zweckmäßigerweise aus Kunststoff hergestellt, und zwar mit einer doppelten Wand, wobei zwischen den einzelnen Wandungen Wärmeisolationsmaterial vorhanden ist. Der Behälter 4 ist leicht zugänglich, und zwar über einen Deckel 30, der abnehmbar ist, so daß von oben der Wärmetauscher 9 bei Bedarf gereinigt werden kann. Der untere Wärmetauscher 14 kann durch eine nicht dargestellte Öffnung in der Seitenwand ebenfalls gereinigt werden.

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Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß das mit groben Verschmutzungen versehene kalte Abwasser ungehindert in der Abwasserleitung 1 abströmen kann, wogegen relativ sauberes Abwasser mit einem hohen Energieinhalt in den aus den Elementen 2, 3 und 4 gebildeten Bypaß geleitet wird, wo ihm die Energie bis auf einen minimalen Restwert entzogen wird. Bis auf die Energie für die Pumpen 10 und 15 arbeitet die Erfindung nahezu ohne Zuführung von zusätzlicher Energie. Wie bereits oben erwähnt, können mit Hilfe der Erfindung 100 1 Abwasser von 90 ⁰C 8 500 kcal entzogen werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zum nachträglichen Einbau in bereits stehende Ein- oder auch Mehrfamilienhäuser.

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Claims

Kabel- und Metallwerke
Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

M 2-273

8. Dezember 1982

Patentansprüche

(IJ Verfahren zur Rückgewinnung der: in Abwässern enthaltenen Wärme durch einen Wärmetauschprozeß, dadurch; gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abwassers ständig gemessen wird, daß bei überschreiten eines einstellbaren Temperaturwertes das Abwasser durch einen Bypaß geleitet wird, daß dem Abwasser dort über einen Wärmetauscher die Wärme entzogen wird, daß die Wärme, ζ. B. zur Erwärmung des Brauchbzw. Heizwassers bzw. über einen Wärmepumpenprozeß nutzbar gemacht und das abgekühlte Abwasser wieder in den Abwasserkanal eingeleitet

wird. ι

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abwasser im Bypaß gespeichert und nach Unterschreiten einer Mindesttemperatur in den Abwasserkanal eingeleitet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem durch den Bypaß strömenden Abwasser zunächst Wärme zur Erwärmung des Brauch- oder Heizwassers und nach Unterschreiten der Brauchwasserbzw, der Vorlauftemperatur der Heizungsanlage über einen Wärmepumpenprozeß weitere Wärme entzogen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abwasserleitung (1) an leicht zugänglicher Stelle ein Bypaß (2, 3, 4) angeordnet ist, daß innerhalb des Bypaß (2, 3, 4) zumindest ein Wärmetauscher (9, 14) vorgesehen ist, daß in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Bypaß (2, 3, 4) ein Temperaturfühler (19) angeordnet ist, der eine hinter dem Bypaßeingang angeordnete Klappe (20) zur Öffnung und Schließung der Abwasserleitung (1) betätigt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Bypaß (2) ein Sieb (21) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß· im Bypaß (4) eine Revisionsöffnung (30) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die im Bypaß (4) angeordneten Wärmetauscher (9, 14) als Plattenwärmetauscher ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (9, 14) aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (9, 14) aus Metall, z. B. Kupfer, Edelstahl oder ähnlichem, bestehen.

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10. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wärmetauscher (9, 14), in Strömungsrichtung des Abwassers gesehen, hintereinander angeordnet sind, von denen der erste Wärmetauscher (9) der Brauchwasserbereitung bzw. der Heizungsanlage (12) direkt Wärme zuführt, während der zweite (14) Teil einer Wärmepumpenanlage (17) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Wärmetauschkreislauf eine Umwälzpumpe (10, 15) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpen (10, 15) durch eine Vergleichsmessung der Temperatur im Bypaß (4) und der Temperatur des Brauchwasserbereiters (12) bzw. der Vor lauf temperatur der Heizungsanlage bzw. der Kaltseite der Wärmepumpenanlage (17) steuerbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypaß durch einen Behälter (4) gebildet ist, der durch eine horizontal verlaufende Wand (7) in zwei übereinander angeordnete Kammern (5, 6) aufgeteilt ist, die durch eine Öffnung (8) in der Wand (7) miteinander verbunden sind, daß das Abwasser in die obere Kammer (5) einläuft und aus der unteren Kammer (6) ausläuft und daß jede Kammer (5, 6) ein Fassungsvermögen von mindestens 100 1 hat und daß in jeder Kammer (5, 6) zumindest ein Wärmetauscher (9, 14) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (4) doppelwandig ausgebildet ist und der zwischen den Wandungen vorgesehene Hohlraum mit Schaumstoff ausgefüllt ist.

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