DE4337744A1 - Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Fluiden, z. B. Brauchabwasser - Google Patents

Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Fluiden, z. B. Brauchabwasser

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Fritz Dipl Phys Dr Stolzenburg
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Stolzenburg Fritz Dr 37671 Hoexter De
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Fluiden, z. B. Brauchabwasser, mit einem Sammelbehälter, in den das Fluid durch einen Einlauf von oben einläuft und durch einen Überlauf abläuft, und in dem ein von einem Fluid durchfließbarer Wärmetauscher angeordnet ist, und in dem sich eine Temperaturschichtung des Fluids einstellt.
Mit einer derartigen Einrichtung soll die Abwärme des von Verbrauchsstellen, beispielsweise Badewanne, Dusche, Waschmaschine, Waschbecken, abfließenden Warmwassers genutzt werden, um den Energieverbrauch und damit die Umweltbelastung herabzusetzen.
Eine derartige Einrichtung ist in der DE 41 26 791 A1 beschrieben. Bei dieser ist dem Sammelbehälter ein temperaturgesteuerter Verteiler vorgeschaltet, der Abwasser nur zum Sammelbehälter läßt, wenn dieses warm ist. Eine derartige Steuerung macht die Einrichtung baulich aufwendig. Außerdem geht warmes Abwasser für den Sammelbehälter verloren, weil zunächst ein Temperaturfühler ansprechen, ein Ventil schließen und dann der Verteilertank vollaufen muß, bevor warmes Abwasser in den Sammelbehälter gelangt.
Bei der DE 41 26 791 A1 erstreckt sich der Wärmetauscher über die gesamte Höhe des Sammelbehälters. Wesentliche Teile des Wärmetauschers liegen also unten im Sammelbehälter, wo nur abgekühltes Brauchabwasser zur Verfügung steht. Die Effektivität des Wärmetausches ist dadurch beeinträchtigt.
In der DE 41 26 791 A1 ist auch beschrieben, daß das Abwasser aus dem Sammelbehälter für die Toilettenspülung verwendet werden kann, bevor es endgültig in die Abwasserkanalisation gelangt. Hierfür ist ein zusätzlicher Abwasserauffangtank vorgesehen.
In der DE 33 16 704 C2 ist ein drucklos arbeitender Brauchwasser-Wärmetauscher beschrieben. Bei diesem wird das gesamte Brauchabwasser in einen Behälter geleitet. Kaltes Brauchabwasser soll unter Umgehung des Wärmetauschers auf einem geneigten Boden abfließen. Warmes Brauchabwasser schichtet sich höher und beaufschlagt einen in diesem Bereich angeordneten Wärmetauscher.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die bei einfachem Aufbau eine gute Ausnutzung anfallenden Brauchabwassers gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß oben im Sammelbehälter eine wenigstens teilweise unter dem oberen Spiegel des Brauchabwassers liegende, geneigte Leitwandung angeordnet ist, auf deren oberen Bereich das durch den Einlauf eintretende Brauchabwasser auftrifft, und auf der das Brauchabwasser zu einem Übergangsrand abströmt, und daß eine Rohranordnung des Wärmetauschers mit der Leitwandung so verbunden ist, daß das eintretende Brauchabwasser - von der Leitwandung gelenkt - über die Rohranordnung fließt.
Weil die Rohranordnung des Wärmetauschers oben im Sammelbehälter liegt und sich nicht unten im Sammelbehälter erstreckt, ist gewährleistet, daß aufgrund der sich im Sammelbehälter einstellenden Temperaturschichtung die Rohranordnung - soweit nach Anfall warmen Brauchabwassers möglich - im relativ warmen Wasser liegt.
Eintretendes Brauchabwasser wird mittels der Leitwandung in engen und vergleichsweise lang dauernden Kontakt mit der Rohranordnung gebracht. Bevor das Brauchabwasser von der Leitwandung über den Übergangsrand nach unten gelangt, können Verwirbelungen entstehen, die den Kontakt zwischen dem Brauchabwasser und dem Wärmetauscher weiter intensivieren. Dies alles verbessert die Effektivität der Wärmerückgewinnung.
In den Sammelbehälter gelangt das gesamte Brauchabwasser. Eine temperaturabhängig gesteuerte Umlenkung des Brauchabwassers ist somit überflüssig. Es ist insgesamt ein einfacher und wartungsarmer Aufbau erreicht. Über die Rohranordnung fließt zwar auch kaltes Brauchabwasser, dies ist jedoch unproblematisch, da kaltes abfließendes Brauchabwasser nie kälter sein wird, als das dem Wärmetauscher zufließende kalte Frischwasser.
In Ausgestaltung der Erfindung wird das Brauchabwasser aus dem Sammelbehälter zur Toilettenspülung verwendet. Es ist dann nicht nur eine Energieersparnis, sondern auch eine Wassereinsparung erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Einrichtung zur Rückgewinnung aus Brauchabwasser schematisch,
Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Einrichtung nach Fig. 1 und
Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 weitere Alternativen zu Fig. 1.
An eine Haus-Abwasserleitung (1) sind verschiedene Verbrauchsstellen, wie Badewanne, Dusche, Waschmaschine, Waschtisch, angeschlossen. In der Abwasserleitung (1) ist dein Filter (2) angeordnet. Die Abwasserleitung (1) mündet zentral oben in einen drucklosen, d. h. unter dem Umgebungsluftdruck stehenden Sammelbehälter (3). Der Mündung (4) der Abwasserleitung (1) steht im Innern des Sammelbehälters (3) oberhalb des Wasserspiegels (5) des Brauchabwassers ein Pralltopf (6) gegenüber.
In dem Sammelbehälter (3) ist unterhalb des Pralltopfes (6) eine geneigt Leitwandung (7) angeordnet. Diese ist kegelförmig gestaltet und weist an ihrer höchsten Stelle unterhalb des Pralltopfes (6) eine Öffnung (8) auf, die oberhalb des Wasserspiegels (5) liegt. An ihrem tieferliegenden Außenumfang bildet die Leitwandung (7) einen umlaufenden Übergangsrand (9). Zwischen diesem und dem Sammelbehälter (3) besteht ein Ringspalt (10). Die Leitwandung (7) liegt überwiegend unterhalb des Wasserspiegels (5), taucht also überwiegend in das im Sammelbehälter (3) stehende Brauchabwasser ein.
Die Leitwandung (7) besteht aus einem gut wärmeleitenden Material. An ihr ist eine Rohranordnung (11) eines Wärmetauschers (12) wärmeleitend angeordnet. Die Rohranordnung (11) verläuft an der Leitwandung (7) spiralförmig.
Die Leitwandung (7) reicht nicht einmal bis zur halben Tiefe des Brauchabwasserspiegels (5). Sie erstreckt sich etwa in den oberen 20% des Wasserstandes des Brauchabwassers.
Der Wärmetauscher (12) weist einen weiteren Rohrabschnitt (13) auf, der unterhalb der Leitwandung (7) im Brauchabwasser liegt. Der Wärmetauscher (12) ist über eine Leitung (14) an den Kaltwasserzulauf (15) angeschlossen, mit dem auch die Zapfstellen verbunden sind. Ausgangsseitig liegt der Wärmetauscher (12) über eine Leitung (16) an einem Warmwasser-Speicherbehälter (17), in dem ein Heizkörper (18) angeordnet ist, und der mit den Zapfstellen verbunden ist. Der Wärmetauscher (12) bzw. sein Rohrabschnitt (13) und seine Rohranordnung (11) werden von unten nach oben mit einer tangentialen Strömungsrichtung durchströmt.
Am wärmeisolierten Sammelbehälter (3) ist eine Überlaufleitung (19) angeordnet, die unten in dem Sammelbehälter (3) mündet und oben im Bereich des Spiegels (5) aus diesem herausgeführt ist. Die Überlaufleitung (19) ist an die Kanalisation (20) angeschlossen.
Unten im Sammelbehälter (3) mündet eine Brauchabwasserleitung (21), die über einen Feinfilter (22) und über eine Druckerhöhungsanlage (23) zum Spülkasten (24) einer Toilette führt. Die Druckerhöhungsanlage (23) arbeitet mit einer Pumpe (25), die druckabhängig gesteuert ist, und mit einem Schwimmer (26) zum Trockenlaufschutz der Pumpe (25) unten im Sammelbehälter (3) gekoppelt ist.
Der Filter (2) ist rückspülbar. Hierfür zweigt hinter der Druckerhöhungsanlage (23) eine Rückspülleitung (27) ab, und der Filter (2) ist über eine Leitung (28) an die Kanalisation (20) angeschlossen. Zum Rückspülen werden in der Abwasserleitung (1) vor und hinter dem Filter (2) liegende Ventile (29, 30) geschlossen, und ein Ventil (31) der Rückspülleitung (27) wird geöffnet. Bei einem Stau im Filter (2) kann das Abwasser direkt über die Leitung (28) zur Kanalisation (20) fließen.
Am Sammelbehälter (3) ist ein Entlüfter (32) vorgesehen, der über ein Ventil (33), das mit dem Schalter des Schwimmers (26) in Verbindung steht, mit dem Kaltwasserzulauf (15) verbunden ist. Unten am Sammelbehälter (3) ist ein Entleerungsventil (34) vorgesehen.
Durch Öffnen der Ventile (33, 34) ist der Sammelbehälter (3) durchspülbar.
Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist im wesentlichen folgende:
Durch die Abwasserleitung (1) in den Sammelbehälter (3) strömendes Wasser trifft dort auf den Pralltopf (6) und wird von diesem auf den oberen Bereich der Leitwandung (7) gelenkt. Luft kann durch die Öffnung (8) unter dem Pralltopf (6) hindurch zum Entlüfter (32) gelangen.
Das warme Brauchabwasser läuft auf der Leitwandung (7) nach unten und steht dabei in intensivem Kontakt mit der Rohranordnung (11) des Wärmetauschers (12). Fließt beim zulaufenden warmen Brauchabwasser gerade auch Kaltwasser durch den Wärmetauscher (12) zum Speicherbehälter (17), wird dieses sogleich in der Rohranordnung (11) vorgewärmt.
Solange zwar warmes Brauchabwasser dem Sammelbehälter (3) zuströmt, jedoch kein Kaltwasser fließt, stellt sich im Bereich (35) und unterhalb der Leitwandung (7) eine Schicht relativ warmen Wassers ein. Diese kann bis zum Rohrabschnitt (13) reichen. Fließt dann Kaltwasser, wird dieses vom Wärmetauscher (12) unter Vermittlung der Leitwandung (7) vorgewärmt. Im Sammelbehälter (3) sinkt das abgekühlte Brauchabwasser nach unten und läuft von dort durch die Überlaufleitung (19) ab oder wird zu dem Spülkasten (24) geleitet.
Erfolgt eine häufige Toilettenspülung, während kein Brauchabwasser in den Sammelbehälter (3) fließt, dann sinkt der Brauchabwasserspiegel (5). Die Leitwandung (7) und die Rohranordnung (11) können dann trockenliegen. Dies stört jedoch nicht, weil später nachströmendes warmes Brauchabwasser wieder direkt über die Leitwandung (7) bzw. den Rohrabschnitt (13) geleitet wird, so daß auch in diesem Fall die Wärme des Brauchabwassers ausgenutzt wird. Der Wasserstand im Sammelbehälter (3) steigt dann wieder bis zum Spiegel (5). Wird dem Brauchabwasser nicht gleich während des Trockenliegens vom den Wärmetauscher (12) durchströmenden Kaltwasser Wärme entzogen, dann steht diese Wärme in der Wasserschicht, in der die Leitwandung (7) liegt, für einen späteren Wärmeaustausch zur Verfügung.
In Fig. 2 ist die Anordnung nach Fig. 1 vergrößert dargestellt. Dabei ist die Rohranordnung (11) oben mit der Leitwandung (7) wärmeleitend verbunden.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist demgegenüber die Rohranordnung (11) unten an der wärmeleitenden Leitwandung (7) befestigt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Rohranordnung (11) teils oben und teils unten an der Leitwandung (7) wärmeleitend angeordnet.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Rohranordnung (11) in die Leitwandung (7) integriert.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Leitwandung (7) kegelförmig gestaltet, so daß an ihr das Brauchabwasser nach allen Seiten hin abfließt. Es wäre jedoch auch möglich, als Leitwandung (7) lediglich eine schräggestellte Platte zu verwenden, deren höchste Stelle, auf die das Brauchwasser aufgegeben wird, exzentrisch im Sammelbehälter (3) steht.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Wärmerückgewinnung aus Fluiden, z. B. Brauchabwasser, mit einem Sammelbehälter, in den das Fluid durch einen Einlauf von oben einläuft und durch einen Überlauf abläuft, und in dem ein von einem Fluid durchfließbarer Wärmetauscher angeordnet ist, und in dem sich eine Temperaturschichtung des Fluids einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß oben im Sammelbehälter (3) eine wenigstens teilweise unter dem oberen Spiegel (5) des Fluids liegende geneigte Leitwandung (7) angeordnet ist, auf deren oberen Bereich das durch den Einlauf (4) eintretende Fluid auftrifft, und auf der das Fluid zu einem Übergangsrand (9) abströmt, und daß eine Rohranordnung (11) des Wärmetauschers (12) mit der Leitwandung (7) so verbunden ist, daß das eintretende Fluid - von der Leitwandung (7) gelenkt - über die Rohranordnung (11) fließt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Übergangsrand (9) und dem Sammelbehälter (3) ein Spalt (10) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandung (7) aus einem gut wärmeleitenden Material besteht.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung (11) wärmeleitend mit der Leitwandung (7) verbunden ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung (11) oben und/oder unten an der Leitwandung (7) befestigt ist.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete daß die Rohranordnung (11) in die Leitwandung (7) integriert ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandung (7) kegelförmig ausgebildet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohranordnung (11) spiralförmig an der Leitwandung (7) angeordnet ist.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Einlauf (4) über der Leitwandung (7) ein Pralltopf (6) angeordnet ist, der das einströmende Brauchabwasser auf der Leitwandung (7) verteilt.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandung (7) an ihrer höchsten Stelle unterhalb des Pralltopfes (6) eine Öffnung (8) aufweist.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12) einen Rohrabschnitt (13) aufweist, der unterhalb der Leitwandung (7) mit einem Abstand von dieser angeordnet ist.
12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einlauf (4) ein Filter (2) angeordnet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (2) mit Brauchabwasser aus dem Sammelbehälter (3) rückspülbar ist.
14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sammelbehälter (3) eine Brauchabwasserleitung (21) angeschlossen ist, die zu einem Toiletten-Spülkasten (24) oder einem Toiletten-Druckspüler führt.
15. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandung (7) aus einem schlecht wärmeleitenden Material besteht.
16. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwandung (7) und der Wärmetauscher (12) aus einem schlecht wärmeleitenden Material hergestellt sind.
17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (12) über ein vorzugsweise ausgebildetes Innenvolumen verfügt.
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